配網三相電壓不平衡分析與處理

儲卓皓

（蘇州供電公司，江蘇蘇州215021）

供電可靠性是指城市供電系統對用戶持續供電的能力[1]。隨著經濟的飛速發展和人民生活水平不斷提高，人們對供電可靠性的要求越來越高。在滿足電力需求的同時，進一步提高城市供電可靠性既是電力用戶的需要，也是供電企業自身發展的目標。統計表明，用戶停電故障中80%以上由配網系統的故障引起，對用戶供電可靠性有很大影響[2]。配網中三相電壓不平衡現象是電網異常和故障的反映。調度員若能根據三相電壓不平衡現象準確判斷故障，迅速發布調度指令，隔離故障，恢復運方，可以大大提高對用戶的供電可靠性。反之，則可能導致配變燒毀、避雷器爆炸、線路短路，甚至大面積停電。

1 中性點經消弧線圈接地系統

目前蘇州配網有10kV、20kV2個電壓等級，主要以中性點經消弧線圈接地方式運行。配網在中性點經消弧線圈接地方式運行時，系統發生單相接地故障，消弧線圈所產生的感性電流將補償系統中的容性接地電流，降低了單相接地故障電流，從而抑制了接地電弧的產生。

當系統發生接地時，由于接地點殘流很小，影響選線設備的靈敏度甚至無法選線；采用試拉線路的方法確定故障線路時，若故障為2條或2條以上線路同相接地時，調度員很難確定故障線路，容易誤判為母線故障；另外，消弧線圈若補償不當會與系統對地電容發生串聯諧振，產生虛幻接地或諧振過電壓，造成調度員誤判。

2 三相電壓不平衡現象與處理

2.1 線路單相接地

線路正常運行時導線對地電容大致相等，線路對地為相電壓，2條線路間的電壓差為線電壓，在對地電容中流過三相平衡的充電電流，沒有零序電流流過，相量圖如圖1所示。小電流接地系統單條線路發生接地時，接地相與大地同相位，中性點電位發生偏移，其他兩相對地電壓升高，相量圖如圖2所示（A相金屬接地）。

此時三相電壓表現為故障相對地電壓降低，金屬性接地時降低為0；非故障相對地電壓升高，金屬性接地時升高為線電壓。電壓互感器（TV）開口三角有電壓輸出，發出接地信號。

對于這種情況，線路接地不僅僅是指架空線路、電纜，也包括線路流變、隔離開關、斷路器等變電站站內設備，處理時首先應對站內設備進行巡視。檢查站內設備正常后將接地母線出線斷路器逐一拉合，當拉開某條線路時接地消失則可判定故障點在該線路上。先試拉架空線路多、負荷較輕且無重要用戶的線路，后拉負荷較重且有重要用戶的線路。

2.2 2條或2條以上線路接地

（1）同一母線的供電線路有時會發生2條或以上線路同時接地。若2條線路異名相同時接地，電流速切保護動作，將其中一條線路切除。另一條線路接地，TV開口三角有電壓輸出，發出接地信號。處理方法同單條線路單相接地。

（2）若2條線路同相接地，由于構不成過流保護回路，電流速切保護不會動作。此時絕緣監視顯示對地電壓指示不平衡，出現接地信號。現象和原理同單條線路單相接地。但是，按照單條線路單相接地處理流程，將所有線路試拉以后接地一直存在。這種情況雖然比較少見，但是現場處理時很容易造成調度員的誤判，處理起來也十分復雜。處理這種三相電壓不平衡的一般流程：首先將接地母線上的斷路器逐一拉開直到接地現象消失；然后將拉開的線路逐一試送，當試送某一條線路發生接地時立即將該線路拉開直至將全部接地線路找到。這種方法雖然能找到接地線路但是會造成大范圍停電，而且對某些線路會造成二次停電，影響供電可靠性。當接地母線所供負荷為中心負荷或所供區域內有重要、敏感用戶時該方法的弊端很大。

（3）以2條線路同相接地為例，線路接地時并不是理論上的完全金屬接地，總是存在一定的接地阻抗。當2條線路同相接地時零序阻抗圖如圖3所示。由于接地點位置、絕緣情況等因素不同，線路L1、L2的零序阻抗X01和X02也不會相同。因此拉開線路L1時故障相和非故障相的電壓與拉開線路L2時會有一定的差異。利用遙測、遙信工具或運行值班人員現場監視儀表，及時捕捉拉合斷路器時電壓的差異，往往能判斷出接地線路。

2.3 線路斷線

線路在雷雨、大風、高寒和降雪天氣或受到外力破壞時，往往會發生線路斷線引發三相電壓不平衡，TV開口三角有電壓輸出，發出接地信號。但與線路單相接地的區別是，此時三相電壓表現為一相升高（斷線相）另兩相（正常相）降低。電壓升高的幅度與斷線點和母線的距離有關。斷線處離母線越近電壓越高，離母線越遠電壓越低，斷線發生在線路末端時，電壓變化很小甚至沒有變化。另外發生線路斷線時常常會接到配變缺相的報告。

線路斷線發生后，由于導線懸掛在空中，在風力作用下會和電線桿、大地或周圍的樹木接觸，造成間歇性接地，甚至發展成為線路單相接地。此時，靠近接地處8 m以內即有可能因為跨步電壓造成觸電，因此線路斷線對人員生命安全危險很大，應立即將故障線路切除。

2.4 TV自身故障

TV保險絲熔斷也會造成三相電壓不平衡現象。TV高壓熔絲熔斷時三相電壓表現為非故障相電壓不升高，故障相電壓降低但不為0，開口三角有電壓輸出，發出接地信號。TV低壓熔絲熔斷時三相電壓表現為非故障相電壓不升高，故障相電壓為0，不發出接地信號[3]。其原因在于TV高壓熔絲熔斷時，在低壓側存在感應電壓，熔斷相電壓不為0。高壓側三相電壓不平衡會在開口三角處產生零序電壓，啟動接地裝置發出接地信號，相量圖如圖4所示（A相熔斷）。低壓熔絲熔斷時，由于沒有感應電壓的存在，故障相電壓為0。一次三相電壓仍平衡，故開口三角沒有電壓，不會發出接地信號。

對TV熔絲熔斷造成的三相電壓不平衡，應首先將母聯備自投裝置停用，退出與該TV有關的保護。將TV改為冷備用后更換熔斷的熔絲，再將TV投入運行，三相電壓不平衡即會消失。但是如果對TV自身故障造成的三相電壓平衡現象理解不準確，誤判為線路接地或線路斷線，則往往會因為試拉線路造成不必要的對外停電，影響供電可靠性。同時由于處理時間上的延誤，TV長時間在不平衡電壓下運行容易引發TV損壞。

2.5 消弧線圈補償不當

通常消弧線圈運行在過補償狀態，補償后單相接地故障的電流應小于10 A。并應優先采用自動跟蹤補償消弧線圈，對于非連續調節的自動跟蹤補償消弧線圈，其脫諧度應小于5%，對于連續調節的自動跟蹤補償消弧線圈，其脫諧度應小于2%[4]。

在實際運行過程中，由于發生故障或消弧線圈容量不夠等原因，有時會引起諧振。此時三相電壓表現為一相升高兩相降低或一相降低、兩相升高，且三相電壓往往不斷變化，有時侯還會出現很高的諧振過電壓。對這種情況一般將某條線路拉合一次破壞諧振條件后三相電壓即恢復正常，應做好記錄，以便技術人員重新整定消弧線圈脫諧度。蘇州110kV婁門變曾出現10kV I段母線三相電壓不平衡（Ua=7.3kV，Ub=5.0kV，Uc=5.5kV），現場設備檢查無誤，將I段母線上115板涇線拉合一次后三相電壓恢復正常。

3 案例分析

蘇州地區葑門變10kV出線曾發生一起復雜的三相電壓不平衡事故。監控中心匯報葑門變10kV II母線接地（Ua=0.9kV，Ub=10.7kV，Uc=11.3kV），121富華線拉開后母線電壓（Ua=9.7kV，Ub=0.7kV，Uc=10kV），B相接地。合上121富華線開關（Ua=0.9kV，Ub=10.7kV，Uc=11.3kV），A相接地。根據繼電保護配置和日常運行經驗,初步判斷可能為以下3種情況的一種或幾種而導致三相電壓不平衡：（1）121富華線存在單相接地故障；（2）母線接地信號出錯；（3）121富華線開關存在異常。同時排除存在母線異相接地的可能（如異相接地，電流I段保護將動作）。為作進一步判斷，通知配電到星港街南環網室，將183富華線環出開關由運行改為冷備用，將121富華線架空線切除。架空線切除后，葑門變接地消失，Ua=6.0kV，Ub=6.0kV，Uc=6.0kV，確定121富華線存在接地故障并將其隔離，同時排除母線接地信號出錯的可能。即找到121富華線拉開后三相電壓不平衡的原因。令葑門變121富華線開頭拉合一次，拉開后Ua=9.7kV，Ub=0.7kV，Uc=10kV，合上后Ua=6.0kV，Ub=6.0kV，Uc=6.0kV，初步推測為開關在分閘后存在問題，拉開后B相可能未完全拉開。為了確定判斷，通知配電將百安居開閉所184富華線進線開關由運行改為冷備用，所有用戶切除，檢查184富華線進線開關線路側，發現B相帶電（帶電顯示器顯示），同時葑門變10kV II段母線電壓恢復正常Ua=6.0kV，Ub=6.0kV，Uc=6.0kV，判定為121富華線開關B相未拉開，之前B相接地信號應確定為由用戶變低壓側返送至葑門變10kV II段母線引起。經過檢查，確定121富華線B相開關故障，配電巡線發現121富華線線路A相接地故障，驗證了之前判斷的正確。事故處理期間，121富華線速切保護動作重合未成功，經檢查為121富華線一段電纜由于承受三相不平衡電壓，導致絕緣擊穿發展為相間短路，屬于接地故障的衍生。

4 結束語

由以上分析可以看出，引起配網三相電壓不平衡的原因很多，彼此之間又有很多相似之處。調度員對此首先要綜合各種信號、匯報，準確區別各種原因產生的三相電壓不平衡現象上的差異，做到分析、判斷準確。其次，要了解各種三相電壓不平衡現象機理和產生過程，針對不同的事故情況采用合理的解決辦法。最后，處理三相電壓不平衡情況時一定要沉著、冷靜、思路清晰，對處理步驟做到心中有數。這樣才能正確、及時的處理好事故，使電壓在最短的時間內恢復正常，保證電網的安全穩定運行，提高供電可靠性。

[1] 國家電網公司.城市電力網規劃設計導則[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2] 雷娜，周渝慧，王蓉蓉.貝葉斯網絡的復雜配電網可靠性評估［J］.電力系統及其自動化學報，2009，21（1）：108-112.

[3] 華東電業管理局.變電運行技術問答[M].北京：中國電力出版社，1999.

[4] 王立.城市配電網中性點接地方式的選擇[J].華北電力技術，2002，（12）：17-20.