小電流接地系統電壓不平衡的分析及處理

鐘永城 彭嬌

摘 要：小電流接地系統在運行中發生單相接地、缺相運行及其它異常時，會出現三相電壓不平衡的情況，本文通過分析電壓不平衡的現象和原因，判斷故障性質，及時處理故障，避免事故擴大。

關鍵詞：小電流接地系統；電壓不平衡；分析

中圖分類號： TM71 文獻標識碼：A

1 概述

中低壓電網（3kV～66kV電力系統）大多數都采用中性點非直接接地系統，即小電流接地系統。在小電流接地系統中，系統的絕緣按線電壓設計，發生單相接地故障時，仍可帶接地故障持續運行1～2h，但不平衡電壓會威脅設備和人身安全，應盡快處理。系統出現電壓不平衡時，值班調度員不能一概認為是系統一次接地故障，要從電壓異常現象中正確分析并判斷故障形式，迅速排除故障，確保電網安全運行。因此，值班調度員必須熟練掌握幾種電壓不平衡的原因，正確分析并判斷故障。

2 常見電壓不平衡的分析

在小電流接地系統中，引起電壓不平衡的原因主要有以下幾種情況：

（1）接地故障。

（2）運行中的電壓互感器熔斷器熔斷。

（3）缺相運行故障。

（4）系統發生鐵磁諧振。

2.1 接地故障

小電流接地系統中，多數接地故障為單相接地。發生單相不完全接地時，接地相電壓降低，另兩相電壓在一定范圍內會升高；發生金屬性接地時，接地相電壓降為零，另兩相電壓升高為線電壓。若B相發生單相接地故障，其對應電壓向量圖如圖1所示。

從圖1可知，中性點不接地系統正常運行時，三相電壓分別為各相線對中性線（點）電壓，即AO、BO、CO。當該系統發生單相接地故障時（圖1為B相接地），中性點電位發生偏移。Od為中性點對地電壓，其大小和方向沿著弧線移動，Ad、 Bd、Cd為各相線對地電壓。

當B相不完全接地時，故障相電壓降低，中性點電壓偏移但不到相電壓，非故障相電壓不確定，圖中非故障相A相對地電壓Ad在相電壓AO與線電壓AB之間變化，總是大于相電壓，有時大于線電壓。非故障相C相對地電壓Cd在相電壓CO與線電壓CB之間變化，有時小于相電壓，多數情況下大于相電壓但達不到線電壓。因而接地相電壓在一定范圍內并不是最小的，不能以電壓最小判定為接地相，發生單相不完全接地故障，調度員可以以正相序（A→B→C）為基準，判斷相對地電壓最大的下一相為接地相，由圖1可知，A相對地電壓總是最大，故可判斷B相為接地相。

當B相為完全接地時，圖1中d點與B點重合，中性點對地電壓Od達到相電壓，方向與BO相反，接地相B相對地電壓Bd為零，非接地相A相與C相電壓達到線電壓。

2.2 電壓互感器熔斷器熔斷

2.2.1 高壓熔斷器熔斷

高壓熔斷器一相熔斷時，熔斷相二次對地電壓減小，其余相電壓正常，與熔斷相相關的線電壓會減小。高壓熔斷器熔斷，一次側電壓不平衡，因而開口三角有零序電壓，發出“母線接地”信號，且該零序電壓3U0等于相電壓，若A相熔斷時，其電壓向量圖如圖2所示。

當其中兩相高壓熔斷器熔斷時，這兩相熔斷相相電壓很小，未熔斷相相電壓正常，熔斷相兩相之間的線電壓為零，其余線電壓減小但不為零，一次側的電壓不平衡，開口三角有零序電壓，發出“母線接地”信號。若A、B兩相高壓熔斷器熔斷，其電壓向量圖如圖3所示。

2.2.2 低壓熔斷器熔斷

當電壓互感器低壓熔斷器一相熔斷時，熔斷相電壓為零，非故障相相電壓正常，開口三角沒有零序電壓，不發“母線接地”信號，這是區分高壓熔斷器熔斷與低壓熔斷器熔斷的關鍵依據。電壓互感器低壓熔斷器兩相熔斷時也是熔斷相為零，非故障相相電壓正常。

2.3 缺相運行故障

小電流接地系統發生一相或兩相斷線，使系統缺相運行時，會出現三相電壓不平衡。缺相運行使中性點位移，斷線相電壓升高，非斷線相電壓降低，接地保護裝置可能發出接地信號。值班調度員可以通過監測負荷側及電源側變電站的電壓進行判斷，若負荷側變電站母線電壓異常，電源側電壓正常，則是線路斷相。

2.4 系統發生鐵磁諧振

鐵磁諧振引起電壓不平衡常有基波和分頻諧振兩種。基波諧振時一相對地電壓減小，另兩相增大，或者一相對地電壓增大，另兩相減小；分頻諧振時三相對地電壓同時增大或依次增大。在對只帶有電壓互感器的空載母線合閘充電時容易發生基波諧振，單相接地時易產生分頻諧振。發生諧振時，一般采取拉分段開關或空載線路、改變網絡參數等方法破壞諧振條件，使系統恢復正常。

3 典型案例及處理

某110kV變電站10kV母線為單母線分段接線，有12條出線間隔，2臺站用變間隔，2臺接地變間隔，2臺電容器間隔及2臺電壓互感器間隔，正常運行時分段501開關在合位。

故障現象：某日，雷雨天氣，調度后臺警鈴響，發出 “10kV Ⅰ段母線接地、10kV Ⅱ段母線接地”故障信號，同時監控機顯示該變電站10kV Ⅰ段母線三相電壓為Ua=10.6kV，Ub=0kV，Uc=10.6kV；10kV Ⅱ段母線三相電壓為Ua=10.6kV，Ub=7.7kV，Uc=8.2kV。處理過程如下：

（1）調度員處理時，首先拉開分段501開關，這時故障現象變為10kV Ⅰ段母線三相電壓為Ua=5.6kV，Ub=5.7kV，Uc=5.6kV；10kV Ⅱ段母線電壓為Ua=10.6kV，Ub=1.7kV，Uc=1.2kV，后臺發“10kV Ⅱ段母線接地”故障信號。這表明Ⅰ段母線電壓恢復正常，Ⅱ段母線電壓未恢復，同時由于拉開分段開關故障仍存在，排除系統鐵磁諧振故障。另外，拉開分段開關后10kV Ⅱ段母線B、C相電壓降低，A相升高至線電壓，與缺相運行現象類似，但是后臺并沒有斷線后電流變化的信號，因而也可排除缺相運行故障。此時，系統可能既存在高壓熔斷器熔斷故障也存在單相接地故障。

（2）檢查高壓熔斷器。現場檢查發現10kV Ⅱ段母線電壓互感器B、C相高壓熔斷器熔斷，更換熔斷器后故障現象變成10kV Ⅱ段母線三相電壓為Ua=10.6kV，Ub=1.7kV，Uc=8.7kV，后臺發“10kV Ⅱ段母線接地”故障信號。這種故障現象是典型的單相不完全接地故障，通過以正相序為基準，可以判定系統B相不完全接地。

（3）試拉10kV Ⅱ段母線饋線。拉路順序一般為：①充電備用線路；②故障率高的線路或線路長、分支多、負荷小、非重要用戶線路；③分支少、線路短、負荷大較重要用戶線路。通過試拉至10kV 城市甲706線路時，接地信號消失，10kV Ⅱ段母線電壓為Ua=5.6kV，Ub=5.7kV，Uc=5.6kV。至此，判定10kV Ⅱ段母線10kV 城市甲706線路B相不完全接地故障。

結語

調度員在處理小電流接地系統電壓不平衡故障時，不能簡單就判定為系統發生接地故障，應該收集全部現象并進行綜合分析。對小電流接地系統中最常見的單相接地故障、高低壓熔斷器熔斷、缺相運行及鐵磁諧振一一進行分析比較，判別接地信號真偽，做到準確迅速的判斷及處理，保證電網安全運行。

參考文獻

[1]國家電網公司人力資源部.變電運行（220kV）[M].北京：中國電力出版社，2010：540-546.

[2]段云.淺談小電流接地系統電壓不平衡的現象[J].云南電力技術，2009，37（02）.

[3]李煉. 芻議小電流接地系統電壓不平衡[J].中國新技術新產品，2011（09）.

作者簡介：鐘永城（1988-）男，本科，工學學士，電氣助理工程師，從事調度管理工作。