小電流接地系統三相電壓不平衡分析與處理

林卿生

摘 要：小電流接地系統三相電壓不平衡現象是電網異常和故障的反應，其產生原因和事故現象多種多樣，本文分別對線路單相失地、兩條及以上線路同時失地、PT高壓熔絲熔斷、PT低壓熔絲熔斷、線路斷線、系統鐵磁諧振、系統電壓不平衡以及其它故障等多種電壓不平衡現象的原因進行分析并提供了處理方法，為調度員迅速、準確、處理三相電壓不平衡提供了參考和依據，對運行中的電網異常分析具有一定的指導意義。

關鍵詞：小電流接地系統；電壓三相不平衡；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.137

0 引言

為保證對用戶供電的可靠性，在我國現的10～35kV系統中，一般采用小電流系統系統。并且在小電流接地系統安裝有絕緣監測裝置，可根據二次零序電壓值進行報警。通常報警值設置為10～30V，當零序電壓大于此整定值時便發出接地告警信號。

然而，由于系統電壓不平衡的原因很多，調度員難以精準的依據系統二次電壓判斷故障情況。在實際運行中，電壓異常由多種因素造成，包括：線路單相失地、兩條及以上線路同相失地、PT高壓熔絲熔斷、PT低壓熔絲熔斷、二次系統接地、負載不對稱、電壓互感器伏安特性不一致、系統鐵磁諧振等。

三相電壓不平衡現象可以反應小電流接地系統的電網異常情況，調度員若能準確地根據電壓不平衡現象進行故障判斷，迅速隔離故障，恢復系統原運行方式，以提高用戶的供電可靠性，反之，則可能擴大事故范圍，甚至造成大面積停電。

1 小電流接地系統

目前，安溪電網的小電流接地系統有10kV、35kV兩個電壓等級，其中35kV系統采用經消弧線圈接地，10kV系統采用中性點不接地。部分變電站的10kV系統因電容電流偏大，便在10kV母線的某個間隔安裝接地變，人為引入中性點，加裝消弧裝置。當系統發生單相失地時，消弧線圈產生的電感電流補償其電容電流，從而降低單相接地故障電流，抑制接地電弧的產生。

當發生單相失地時，接地點殘流小，會影響接地選線裝置的靈敏性，甚至造成無法選線。采用“試拉法”查找失地線路時，若兩條或兩條以上線路同相失地，調度員便很難確定失地線路，易誤判為母線故障。此外，若消弧線圈補償度不當，會與系統電容電流諧振，產生諧振過電壓或虛幻接地，給調度員的故障判別造成一定困難。

2 小電流接地系統三相電壓不平衡分析與處理

2.1 線路單相失地

系統正常運行時，三相對地電容電流大致相等，對地電容電流中流過平衡的三相充電電流，無零序電流。由于系統的絕緣電阻與對地電容電流相對固定，當接地電阻變化時，系統電壓也將隨著變化。

當系統失地為金屬性接地時，接地電阻為零，故障相電壓為零，非故障相升為線電壓，系統中性點電壓發生偏移，PT開口電壓增大，發出失地信號；當系統失地為非金屬性接地時，故障相便會電壓降低，不為零，其它兩相非故障相電壓升為線電壓，PT開口電壓增大，發出失地信號。

由此可見，當系統發生單相接地時，故障特征較為明顯，可以準確地判斷出故障類型，一般可以用“試拉法”來準確判斷故障線。對于裝有接地選線裝置并正常投入運行的變電站，尋找和隔離故障的一般方法為：

（1）依據接地選線裝置對選出的接地線路進行試拉，如接地未消失，即應當恢復本線路運行。

（2）此后，再依據選線裝置的選線結果進行逐條試拉，繼續查找到接地的線路。

（3）對于試拉過程中出現選線裝置異常的情況，應當及時恢復已試拉的線路運行。

對于接地選線裝置不正常運行或選線結果明顯錯誤的情況，調度員應當按照未裝設接地選線裝置查找接地故障的處理原則進行。

（1）將并列運行的母線進行系統解列，判別所在母線段。

（2）試拉重合閘成功、老舊線路、運行環境差等有故障跡象（含外破信息）的線路（包括全電纜線路）。

（3）試拉空載線路。

（4）試拉線路長、分支多、負荷輕、無重要用戶或無高危行業用戶的線路。

（5）試拉線路走廊途經山區林木多、雷擊區域多的線路。

（6）試拉全電纜線路。

（7）最后試拉負荷較重、含重要用戶或高危行業用戶的線路。

在實際處理中，還應根據度調度SCADA系統上的電流異常變化、配網故障定位系統的故障指示、用戶反應（包括95598）等信息來源判斷失地線路。找到引起接地故障的原因后，在隔離故障前不再恢復該饋線運行。

2.2 兩條及以上線路同時失地

（1）若失地為兩條線路異名相失地，此時系統相當于發生兩相接地故障，線路的電流保護將迅速動作，切除其中一條失地線路。因還有另一條線路失地，PT開口電壓增大，發出失地信號。此種情況的處理方法同線路單相失地。

（2）若兩條失地線路為同相失地，由于未形成電流回路，線路的三段式電流保護不會動作。此時PT開口電壓增大，發出失地信號，現象同單條線路單相失地。此時，若按照單條線路失地的處理方法，逐條試拉線路，逐條試送，第一遍對饋線逐條試拉后將無法查找出失地線路。此種情況易給調度員造成誤判斷，處理也相對麻煩。這種情況的處理方法為：逐條對10kV饋線線路進行試拉，且試拉后不再恢復送電，直至失地消失為止（最后一條線路即為故障線路之一），然后再將之前所拉線路逐條試送，若失地再次出現，則試送線路即為其它同時失地的線路。這種方法可以找到故障線路，但會造成多條線路的短時停電，某些線路會二次停電，對供電可靠性有一定影響。

2.3 線路斷線

在外力破壞、臺風、雷雨等惡劣天氣時，容易發生線路斷線造成三相電壓不平衡，PT開口電壓會增大，發出失地信號。此時三相電壓為一相升高、兩相降低、或者一相降低、兩相升高。斷線的長度與電壓的變化幅度成正比，母線離斷線處越遠，電壓越低，母線離斷線處越近，電壓越高。當斷線發生在線路末端時，電壓變化幅度很小，甚至沒變化。此外，發生線路斷線時，還會導致配變缺相。線路斷線的處理方法一般也是采用“試拉法”來判斷斷線線路。

2.4 PT高壓熔絲熔斷

當PT高壓熔絲熔斷時，由于熔絲熔斷發生在PT高壓側，低壓側會有感應電壓，熔斷相電壓降低，不為零，其他兩相電壓正常或稍微降低。PT低壓側將出現零序電壓，其值通常大于接地信號限值，發出失地信號。

2.5 PT低壓熔絲熔斷

當PT低壓熔絲熔斷時，由于熔絲熔斷發生在低壓側，沒有感應電壓，只有某一個繞組的電壓受到影響，PT低壓熔絲熔斷相電壓為零，一次系統三相電壓仍平衡，零序電壓值不變，不會發出失地信號。

2.6 系統鐵磁諧振

當系統發生鐵磁諧振時，其電壓一般表現為為一相、兩相甚至三相對地電壓升高。若出現電壓異常升高，沒有任何一相電壓降低，應考慮為鐵磁諧振，此時可將并列運行的母線進行系統解列，斷開某條線路（空載線路優先）等方法來改變系統參數，破壞諧振條件。

2.7 其他故障分析

對于由于互感器接線錯誤、三相負載不對稱、PT三相伏安特性不一致等造成的二次回路電壓異常，一般會在新設備投運時候得到反映。在變電站新設備啟動送電有這些情況發生時，應逐步排查，直至正常。

3 結束語

由以上分析可以看出，造成小電流接地系統三相電壓不平衡的原因很多，又有相似之處。調度員應掌握電壓不平衡的各種現象、產生機理和處理方法，結合各類信號，做到思路清晰、分析判斷準確，及時處理電網的各種異常及事故，保證電網的安全穩定運行。

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