一起10kV母線電壓異常事故的簡要分析

伏祥運

（連云港供電公司，江蘇 連云港 222004）

1 過程簡述

2009年3月24日，某地區(qū)一35kV變電所出現(xiàn)一次電壓異常事故，如圖1所示。圖1給出了與該事故相關(guān)的電網(wǎng)接線情況，圖中A站為35kV變電所，B站為110kV變電所，A站10kV X線和B站10kV Y線通過環(huán)網(wǎng)單元形成手拉手供電。A站10kV母線除了X線外還有4條10kV出線，據(jù)統(tǒng)計共有電纜線路約8 km，架空線路3 km；B站除Y出線外還有7條出線，據(jù)統(tǒng)計共計電纜線路25 km，架空線路15km。

圖1 相關(guān)系統(tǒng)接線圖

2009年3月24日A站10kV X線進行2～21號桿施工，工作結(jié)束后10kV X線送電發(fā)現(xiàn)，A站10kV電壓異常，C相偏低，約為5.2kV，A,B相偏高，分別為6.4kV,6.5kV，間斷性的出現(xiàn)電壓的劇烈波動，線電壓為10.3kV。拉開A站X線出線開關(guān)后，電壓恢復(fù)正常。對所內(nèi)和出線檢查無明顯異常。后對A站X線再次送電時，A站10kV電壓又出現(xiàn)異常并多次出現(xiàn)短暫電壓劇烈波動。再次拉開A站X線開關(guān)后，A站10kV母線電壓又恢復(fù)正常。后將X線通過環(huán)網(wǎng)單元倒至B站供電，B站10kV母線電壓無明顯異常。進行帶電巡線時發(fā)現(xiàn)X線2號桿穿刺線夾有松動，接觸不良。處理后，X線倒至A站送電正常。

通過了解得知，X線2號桿通過一個穿刺線夾引出一個分支箱，該分支箱下接了多條電纜分支線路，根據(jù)配電管理信息系統(tǒng)（MIS）的信息，這部分分支線路電纜長度約在2 km。

2 簡要分析

2.1 電壓不平衡原因分析

簡化系統(tǒng)電路如圖2所示。O點為地；O'為負(fù)荷的虛擬中性點；YA,YB,YC分別為系統(tǒng)三相對地的導(dǎo)納，主要是由線路和母線的對地電容、壓變的對地阻抗、接地變和消弧線圈形成的對地阻抗等組成；為電源虛擬中性點和地之間的電勢差。由于電源的虛擬中性點和地之間沒有電流通路，即這兩點之間僅有電勢差但沒有電流，因此在圖中用虛線表示。在分析過程中假設(shè)系統(tǒng)電壓是理想的，即有

當(dāng)三相負(fù)載不平衡時將引起O點和O'存在電勢差[1，2]，根據(jù)圖 2 計算可得

圖2 簡化系統(tǒng)電路圖

根據(jù)式（1）可以將式（2）寫成如下形式[3]：

當(dāng)X線2號桿穿刺線夾接觸不良時，斷開相和連接相相比，對地電容減小，若A相、B相接觸不好，YA和 YB比 YC要小，將造成了中線點的偏移，中將含有與A相和B相電壓同方向的電壓成分，如圖3所示。中性點對地產(chǎn)生了偏移，這時A相、B相對地電壓增大，C相對地電壓減小。這一點與實際系統(tǒng)電壓顯示的C相偏低，A相、B相偏高相符。

圖3 電壓相量圖

從式（3）中可以知道，YA－YB和 YB－YC就是斷開點之后的電纜線路對地電容，這部分電纜越長，電壓偏移越嚴(yán)重。YA+YB+YC表示三相對地導(dǎo)納之和，主要是線路對地電容。相同長度的架空線路和電纜線路相比，對地電容要小得多，甚至可以忽略。因此10kV母線上的出線電纜越長，YA+YB+YC就越大，則中性點的偏移就越小。對于文中所討論的情況，YA－YC和 YB－YC就是 2號桿 T接的分支箱所帶電纜對地電容的大小，為一常數(shù)。由于A站10kV母線出線電纜較短，YA+YB+YC較小，B站10kV母線出線電纜則要長得多，YA+YB+YC相對較大，這就可以解釋X線在A站運行時，電壓偏移較為嚴(yán)重，而導(dǎo)致B站運行時電壓偏移很小的原因。

在不考慮壓變以及消弧線圈的影響時，僅考慮電纜的對地電容，根據(jù)配電MIS的數(shù)據(jù)，利用式（3）對A站的電壓偏移進行估計可得

根據(jù)式（4）和圖3可以計算出A，B，C三相電壓分別為：6.2kV，6.2kV，5.5kV。需要說明的是，由于在中性點電壓偏移后達(dá)到一定限值后消弧線圈將動作，將使得電壓偏移增大。因此估算結(jié)果和實際顯示存在一定的差異。

2.2 電壓劇烈變化原因分析

由于架空線路在室外受風(fēng)力等影響，當(dāng)出現(xiàn)導(dǎo)線擺動時，可能造成1支線各相的接通或斷開。相當(dāng)于對一個對地電容充電電荷的重新分配，由于系統(tǒng)阻抗和線路阻抗的存在，將產(chǎn)生一個電磁暫態(tài)過程，該暫態(tài)過程將進一步造成中性點偏移電壓的暫態(tài)過程。另外，該電磁暫態(tài)中含有一定的直流分量，該直流分量在系統(tǒng)側(cè)沒有通路，只有通過電壓互感器（TV）和消弧線圈形成通路，該直流分量容易造成壓變的瞬間飽和。因此，初步判斷間歇性的電壓劇變是由于對地電容電荷重新分配時的電磁暫態(tài)及其中的直流分量造成TV飽和。這種暫態(tài)變化速度快，時間短，符合當(dāng)時電壓的短時劇烈變化的現(xiàn)象。

另外，當(dāng)1支線某相導(dǎo)線突然接通時，相當(dāng)于投入一個對地電容，該過程由2個過程對該電容充電。首先是其他線路的相同相電容給剛投入的對地電容充電；接著，在系統(tǒng)電壓作用下，通過壓變和消弧線圈形成通路，對地電容充電。由于線路參數(shù)要比消弧線圈電感小得多，因此前一個過程較后一個過程快得多。由于這2個過程速度相差很大，可以認(rèn)為它們是分段進行的。在第一階段時，線路電容之間的電荷重新平均分配，將造成對地電容的電壓降低。由于電荷總量為Q不變，則有

式中：C'為投入線路對地電容；C為系統(tǒng)對地電容總和；U，U'，ΔU為電荷平均分配前后電壓及其變化量。從式（5）中可以看出，投入線路電容越大，ΔU越大；系統(tǒng)總電容C越大，ΔU越小。在文中討論的情況下，C'為一個常數(shù)，就是1支路電纜線路的對地電容。B站較A站的電纜長得多，對地電容較大。因此，X線出現(xiàn)接觸不良時，在A站運行時較在B站運行時第1階段產(chǎn)生的ΔU要大得多。

第1個階段電荷平衡產(chǎn)生的ΔU越大，第2階段的暫態(tài)過程就越明顯，對電壓的影響就越大。因此，X線在A站運行時暫態(tài)過程的直流量較大，對TV影響也大，電壓產(chǎn)生了明顯變化。在B站運行時則沒有明顯的電壓變化。

利用仿真軟件，對X線在A站和B站運行時的參數(shù)建立仿真模型，進行仿真研究。如圖4所示，分別給出了當(dāng)1支線A相突然投入時，流經(jīng)消弧線圈的電流波形圖。

圖4 仿真結(jié)果圖

從圖4中可以看出，X線在A站運行時，消弧線圈的電流較大。通過快速傅里葉變換（FFT）分析得出，在1支線投入時，在A站和B站運行時其直流分量分別為0.7 A和0.1 A。這個直流電流將通過消弧線圈和壓變進行分流。在A站運行時直流電流大，對壓變影響大，在B站運行時影響較小，這和實際情況也相符。

3 結(jié)束語

本文針對一起10kV母線電壓異常事故進行了介紹，解釋了事故過程中的各種現(xiàn)象，分析了事故的原因。對穩(wěn)態(tài)的電壓不對稱問題進行了公式推導(dǎo)和分析，對其中的暫態(tài)過程進行了仿真研究。通過推導(dǎo)分析和仿真研究所得到的結(jié)果都分別與事故過程中產(chǎn)生的現(xiàn)象相符，證明了分析的正確性和合理性。文中的分析對電力系統(tǒng)運行過程中相同和相關(guān)問題的處理具有一定的借鑒意義。

[1]解廣潤.電力系統(tǒng)過電壓[M].北京：水利電力出版社，1983.

[2]平紹勛.電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓保護及實例分析[M].北京：中國電力出版社，2006.

[3]李潤先.中壓電網(wǎng)系統(tǒng)接地實用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2001.