中性點不接地電力系統中電壓不平衡的幾種現象

路宗強，汪雪峰

(1.承德石油高等專科學校成人教育與培訓部，河北 承德 067000;2.長慶油田公司水電廠油房莊水電大隊，陜西 定邊 781600)

中性點不接地系統的電壓不平衡的原因有多種，最常見的有高低側斷線(熔斷器熔斷)、一次系統接地，也有一些特殊的原因，如三相負荷不平衡、中性點安裝的消弧裝置故障引起。

1 一般情況下電壓不平衡的分析

1.1 高壓側斷線(熔斷器熔斷)造成三相電壓不平衡

中性點不接地系統電壓不平衡，可能是由于高壓側斷線(熔斷器熔斷)造成，由于PT還會有一定的感應電壓，熔斷相電壓降低，但不為零，其余兩相為正常電壓，三相兩兩相量角差為120°(如圖2)，因斷相造成三相電壓不平衡，開口三角形處也會產生不平衡電壓，輸出零序電壓。例如:A相高壓保險燒斷，相量圖見圖1，零序電壓大約為33 V左右，故能起動接地裝置，發出接地信號。

1.2 低壓二次斷線(熔斷器熔斷)造成三相電壓不平衡

變電站低壓二次斷線(保險熔斷)時，熔斷相電壓降低，但不為零，其余兩相為正常電壓，三相兩兩相量角差為120°(如圖2)，但因一次三相電壓平衡，開口三角形不會產生不平衡電壓，不會發出接地信號，這點可以作為判斷電壓互感器高壓或低壓保險熔斷的重要判據。

1.3 發生金屬性接地時造成三相電壓不平衡

當線路或帶電設備上某點發生金屬性接地時(如A相)，接地相與大地同電位，其它兩正常相(B、C相)的對地電壓數值上升為線電壓，產生嚴重的中性點位移。中性點位移電壓的方向與接地相電壓在同一直線上，與接地相電壓方向相反，大小相等，如圖3。

因發生金屬性接地并不僅僅限于輸電線路，還應包含變電站的一次運行設備，當線路拉路檢查完仍未能消除接地故障，則應懷疑到本變電站設備有接地，例如避雷器、電壓互感器、甚至變壓器接地。金屬性接地也存在兩條出線同時存在不同相金屬性接地的情況，也為運維人員查找接地故障帶來困難。

1.4 三相負荷的不對稱造成三相電壓的不平衡

三相負荷的不對稱也會造成三相電壓的不平衡現象，較多出現在一些比較薄弱的區域電網。而造成三相負荷的不對稱的原因可能有以下幾種:

1)出線回路缺相運行，這對電壓影響較大。配網線路長，某分支回路的一相隔離開關斷開或一相跌落熔斷器熔斷，若該分支負荷較大，故障相甩負荷后電壓升高，非故障相電壓有一定的降低。若分支負荷小，線路呈容性，或者是小電源上網專線，故障相電壓降低，非故障相電壓較故障相電壓高，這就造成電壓三相不平衡。

2)有些大用戶的進出線及配變高壓側發生跌落熔斷器一相熔斷或斷線也會造成電壓不平衡。缺相運行的變壓器有異常響聲，故障相電流為0。

3)線路參數不平衡、線路換位不完善、三相負荷分配不對稱也會造成電壓不平衡。

1.5 經消弧裝置接地造成電壓不平衡故障

目前，我國的城市配電網的中低壓供電系統大部分為中性點不接地系統，近些年隨著經濟的發展，6～35 kV配電網不斷發展，電纜線路占配電線路的比例日益增大，系統電容電流顯著增加，因此普遍配備安裝了消弧線圈裝置。一些變電站安裝了消弧裝置可能會引起母線電壓不平衡，主要是某些消弧裝置為了取得中性點電壓，特意將電壓設成不平衡，但一般在合格范圍不會影響設備的正常運行。也有的是因為消弧裝置故障造成電壓不平衡。

某油田110 kV變電站2012年安裝有一套消弧線圈裝置，消弧線圈型號為XHDCZ-800/35 12-36A 15檔等差。當消弧線圈運行時35 kV母線偶爾有三相電壓不平衡現象(達1 kV)，此時如果切除消弧線圈，35 kV母線三相電壓不平衡現象消失。

1.5.1 原因分析

從消弧線圈運行出現35 kV母線三相電壓不平衡現象，切除消弧線圈后35 kV母線三相電壓不平衡現象消失的情況來看，故障產生肯定與消弧線圈裝置有關，究其原因有以下幾種可能:

1)系統對地電容不對稱。如果屬于該原因造成，則這種不平衡一開始就會產生，在不改變線路運行狀態的情況下，不對稱產生的不平衡將不會改變(一般情況下不對稱電壓較低)，因此該故障原因不成立。

2)接地變故障。如果接地變局部線圈出現絕緣不良，三相電壓也會造成不平衡，但是這種不平衡是不可恢復的，不可能有平衡的時候，因此接地變故障的可能性被排除。

3)零序回路阻尼不夠，造成零序回路出現諧振過電壓。系統零序回路等效電路如圖4所示。

由于消弧線圈平時處于預調諧狀態，即系統容抗基本上等于感抗，位移電壓主要靠阻尼電阻限制，如果阻尼電阻很小或者為零，位移電壓將很大，造成系統三相不平衡，嚴重時出現諧振過電壓。由于系統運行時設置的脫諧度不為零，系統運行在過補償狀態，另外系統還存在一定的固有阻尼(例如接地變有4Ω左右)，因此即使阻尼電阻為零，系統三相不平衡現象出現，但不一定造成真正意義上的諧振。從運行數據來看，系統出現不平衡電壓1 kV是上述原因造成。

從阻尼電阻保護方式來看，此種消弧裝置采用無源觸發、雙重可控硅保護方式(如圖5)，兩級可控硅保護整定值有所不同，單相接地發生時，阻尼電阻兩端電壓升高，達到一定值時，第一級可控硅觸發，阻尼電阻被短接，保護了阻尼電阻，如果第一級保護出現故障，第二級可控硅保護動作，這時阻尼電阻仍然得到保護，但是這時串在阻尼電阻下端的CT沒有電流流過，系統可以知道第一級可控硅保護出現故障，可以防范于未然。另外保護不需要交流電源或者直流電源，即使阻尼電阻出現故障，不會造成重大事故。

從現場觀測數據可知，系統出現不平衡時，中性點電流顯示為零，因此可以肯定第二級可控硅被觸發，由此造成系統阻尼不夠，三相不平衡電壓被放大。

通過將消弧線圈退出后進行觸發實驗發現，第一級可控硅實際觸發電壓為76 V，第二級可控硅實際觸發電壓為70 V，第二級可控硅觸發電壓整定值偏小，容易受外界干擾(例如操作沖擊干擾等)造成誤觸發，從而造成三相電壓不平衡，與以上理論分析一致。

1.5.2 解決方案

加大第二級可控硅觸發啟動電壓的整定值，增強抗干擾能力，運行實際證明，經過將第二級可控硅觸發啟動電壓的整定值從原來的70 V提高到150 V后，此站35 kV母線三相電壓恢復平衡。

2 結論

綜合以上原因分析，中性點不接地系統電壓不平衡時的判斷方法為:單相接地時，非接地相電壓會上升到線電壓，接地相電壓或零序電壓由3U0產生，絕緣監察裝置會發出信號。PT高、低壓側斷線時，非故障相電壓不變，故障相電壓降低很多，兩者區別是高壓斷線時有3U0產生，而低壓側回路斷線時無3U0產生，因此低壓側斷線時絕緣監察裝置不會發出信號。對于三相負荷的不對稱造成電壓的平衡，可以通過線路三相負荷電流判斷。對于因消弧線圈或者是電壓互感器本身故障引起的電壓不平衡可以將其隔離后再進行判斷分析。

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