芻議小電流接地系統電壓不平衡

李 煉

（云南電網公司臨滄供電局，云南 臨滄 677000）

前言

我國大多數配電網均采用中性點不直接接地系統,它包括中性點不接地系統、中性點經消弧線圈接地系統。當發生單相接地故障時,由于不能構成低阻抗短路回路,接地短路電流很小,因此這種系統稱為小電流接地系統。從長期的運行經驗知道,單相接地故障是配電網中出現頻率最高的故障形式,而且一般這類故障會自行消除,所以采用這種接地方式可以提高供電的可靠性。

當這種接地系統出現電壓不平衡的情況,如果變電運行人員對這方面的認識不足,往往會因為未能及時處理而影響到安全、可靠供電。在變電站出現電壓不平衡的狀態,主要原因有兩個,一是電壓互感器熔斷器熔斷,一是單相短路接地故障。

1 電壓互感器熔斷器熔斷

電壓互感器熔斷器熔斷包括高壓熔斷器熔斷和低壓熔斷器熔斷兩種情況,兩者出現的現象也是各不相同的。

1.1 高壓熔斷器熔斷

單相高壓熔斷器熔斷,由于電壓互感器有一定的感應電壓,所以故障相電壓降低,但并不為零,非故障相電壓正常,向量角度為1200,同時由于高壓熔斷器熔斷,使得一次側電壓不平衡,造成開口三角形有電壓,即有零序電壓出現。如,C相高壓熔斷器熔斷,矢量合成圖如圖1所示,零序電壓3U0等于相電壓。

圖1 C相熔斷時的電壓向量圖

兩相高壓熔斷器熔斷,同樣由于電壓互感器有一定的感應電壓,所以故障相電壓降低,但并不為零,非故障相電壓正常,同時一次側電壓不平衡,開口三角形也有電壓。如,A、C兩相高壓熔斷器熔斷,矢量合成圖如圖2所示,零序電壓3U0等于相電壓。

圖2 A、C相熔斷時的電壓向量圖

1.2 低壓熔斷器熔斷

單相低壓熔斷器熔斷時,由于是二次側熔斷器熔斷,一次側電壓正常,所以故障相電壓為零,非故障相電壓正常,其向量角為120,開口三角形處沒有零序電壓,不能起動報警。出現這種情況,只要變電運行人員及時更換低壓熔斷器就可以了。

兩相低壓熔斷器熔斷,也是故障相電壓為零,非故障相電壓正常,處理方法和單相熔斷器熔斷一樣。

2 單相接地故障

小電流接地系統中,經過過渡電阻的接地稱為不完全接地故障,接地過渡電阻是指當發生接地時,接地電流從導線流入大地的通路中所遇到的電阻,包括弧光電阻、桿塔電阻、接地裝置電阻等。在實際的小電流接地系統運行中,單相接地故障占到總故障的70%左右,而單純的金屬性完全接地故障是很少的,更多的是不完全接地故障。

假設發生A相接地故障,其電壓向量圖如圖3、圖4所示。

接地相A相對地電壓UAd在0至相電壓UAN之間變化,接地相對地電壓只是降低,而并不為零。

非接地相B相對地電壓UBd在相電壓UBN線電壓UBA之間變化,其始端沿著圖4中半圓NdA運動。在一定范圍內,A相發生接地故障,非接地相B相對地電壓是降低的,而接地相A相對地電壓也不是最低的。因而不能用對地電壓最低作為判斷接地相的判據。超出一定范圍,非接地相B相對地電壓會升高,但不會超過線電壓。

非接地相C相對地電壓Uvd在相電壓UCN線電壓UCA之間變化,其始端同樣沿著圖4中半圓NdA運動,A相發生接地故障,非接地相C相對地電壓總是升高的,一定范圍內,非接地相C相對地電壓會升高,甚至會超過線電壓。

綜上所述,當發生A相發生接地故障時,非接地相C相對地電壓UCd總是大于接地相A相對地電壓UAd,也大于非接地相B相對地電壓UBd,由此可以得出,當發生單相接地故障時,以正相序(A→B→C→A)為基準,相對地電壓最高的下一相為接地故障相。

單相接地故障是配電網中出現頻率最高的故障,發生單相接地故障時,故障電流很小,90%以上的單相接地電弧都能夠自行熄滅;三相線電壓依然對稱,不影響對負荷連續供電,規程規定可以繼續運行1～2h。但是,系統帶單相接地故障運行時,故障相對地電壓降為0,非故障相電壓可升高為線電壓,由此引起的過電壓會危害電網的絕緣水平,可能導致短路故障使事故擴大,影響安全可靠供電,因此需要盡快排除故障。

3 事故分析

結合以上分析可以得出以下簡單判據:

當出現電壓互感器單相高壓熔斷器熔斷,故障相電壓降低,但不為零,非故障相電壓正常,有零序電壓。當出現電壓互感器單相低壓熔斷器熔斷,一次側電壓正常,與高壓熔斷器熔斷不同在于一次三相電壓仍平衡,沒有零序電壓,其他現象則相同。

當出現單相接地時,如果是金屬性接地,其中一相與大地同電位,電壓為零,其他兩相電壓數值上升為線電壓,則電壓為零的相為故障相;如果是非金屬性接地,一相電壓降低但不為零,其他兩相升高但不相等,其中一相略高于線電壓,則電壓降低相為接地相。

結合以上分析歸納的電壓不平衡時故障判別如表1所示。

表1 電壓不平衡時故障判別簡表

我公司下屬某110kV變電站35kV系統曾發生過類似電壓不平衡現象,根據后臺監控機告警情況,依據當時的故障信息,并結合上述電壓不平衡時故障判別簡表,變電運行人員迅速判斷出不是接地故障,而是電壓互感器高壓熔斷器C相熔斷。

4 結語

本文介紹了兩種主要的電壓不平衡現象,分析了不平衡現象產生的原因,為運行人員進行準確的判斷和及時的故障處理提供了參考,對于運行中的故障分析也具有一定的指導意義。

此外,設備運行過程中,應分析各種電壓不平衡情況,做到分析判斷準確、處理及時,才能保證設備的安全運行。對接地不消失的情況,運行人員應引起充分注意,否則會認為是誤發信號而造成誤判斷而延誤了故障排除,影響安全、可靠供電。

[1]徐世寶.新型低壓電能表接電夾[J].中國電力企業管理，2010-11-15.