配電自動化成套設備零序電壓偏高原因分析

趙勇帥，王洪林，李維

（云南電網有限責任公司電力科學研究院，昆明 650217）

0 前言

為提高云南電網網架及裝備水平，提升供電可靠性和客服服務水平，2020年以來云南電網各供電單位大力建設配電自動化，由于安裝、調試、驗收人員工作的疏忽和技術技能水平不高，對配網自動化設備可靠接地重要性認識不足，導致設備投運后因設備接地不可靠或設備未接地導致零序電壓過高，影響配電自動化的正常運行。

查閱相關文獻資料，對配電自動化接地故障主要是側重于線路接地故障后配電自動化對故障的識別和隔離，文獻[1]針對配網故障定位系統常見問題提出解決措施；文獻[2]分析了10 kV開關柜斷路器重合閘與保護定值配合問題；文獻[3]利用配電自動化主站信息綜合判斷小電流接地故障；文獻[4]介紹了配電自動化單相接地故障定位判斷的原理；文獻[5]研究了配電自動化的饋線接地保護；文獻[6]采用貝葉斯算法，建立配網防災減災資源優化調配模型；文獻[7]建立了面向工程實際的配電網規劃綜合評價指標體系；文獻[8]介紹了配電自動化故障處理仿真及培訓系統關鍵技術；文獻[9]研究了適用于分布式故障定位的小電流接地故障暫態等值電路的故障算法，提高了小電流接地故障暫態定位技術的適用性；文獻[10]探討了繼電保護與配電自動化配合的配電網故障處理技術；文獻[11]分析了饋線自動化技術方案及原理，提出了縮短故障區域停電時間的改進措施。

對于配電自動化設備保護性接地的分析和研究目前還是空白，本文結合工程實際，分析配電自動化設備可靠接地的重要性，用于指導配電自動化安裝、驗收和故障查找。

1 配電自動化成套設備

配電自動化成套設備如圖1所示，由以下設備組成：共箱式智能斷路器1臺，內置相電流互感器3支、零序電流互感器1支；三相五柱式電壓互感器1臺，安裝在電源側，采集Uab、Ucb、零序電壓；單相電壓互感器1臺，安裝在負荷側，采集Uab；配電自動化終端FTU 1臺，內置安防模塊；三相一體式隔離開關1或2臺，只有1臺時安裝在電源側；跌落式避雷器6支，額定電壓17 kV，安裝在隔離開關內側；帶航空插頭電纜附件1套，3芯航空插頭及長度至少8米的電源電纜1組；5芯航空插頭及長度至少8米的電源電纜1組；6、10、26芯航空插頭及長度至少8米的電纜1組。

2 成套設備接地

成套開關（單隔刀時）接地點總共12處，匯總連接于接地引下線接地，包括：隔離開關本體1組，6支避雷器各1組，三相五柱式電壓互感器N端1組，三相五柱式電壓互感器本體及二次1組，單相電壓互感器本體及二次1組，斷路器外殼1組、FTU外殼1組，接地線的線徑不小于25mm2。電壓互感器接線原理如圖2所示。

圖2 電壓互感器接線圖

3 配電自動化開關投入原則

云南電網配電自動化建設以“主干投邏輯、分支投保護、聯絡開關宜退出”為主要原則，如圖3所示。

圖3 配電自動化開關投入原則

主干投邏輯是指主干線上采用“電壓-時間型”饋線自動化，通過開關“失壓分閘、得電延時合閘”的工作特性配合變電站出線開關CB二次合閘來實現，一次重合閘隔離故障區段，二次重合閘恢復非故障段供電。分支投保護是指安裝在分支線首端的自動化開關投入過流Ⅰ段保護與CB過流Ⅰ段保護形成級差配合，實現分支故障的定位隔離。聯絡開關宜退出是指退出聯絡自動化開關自動轉供電功能即退出“單側失壓延時合閘功能”，但轉供電可通過遠方遙控方式進行。

4 零序電壓偏高分析

4.1 故障表象

云南電網某供電局在675回10 kV配電線路上安裝了1824套柱上智能斷路器，運行過程中出現109套柱上智能斷路器零序電壓偏高問題，現場檢查發現大連北方和大連一互三相五柱式電壓互感器一次側N端接地良好，終端FTU上采集到的零序電壓二次值分別為23.9 V和19.7 V。由于主干線上安裝的電壓時間型智能斷路器投入了合到零壓（零序電壓定值20V/0.1s）分閘并閉鎖合閘功能，該功能在X時限（7s）得電合閘后，在Y時限（5s）內檢測到零序電壓并超過整定值時，執行合到零壓分閘并閉鎖合閘功能。在系統無接地故障情況下，10 kV線路停電后合閘送電時，由于零序電壓偏高超過整定值而發生閉鎖斷路器合閘，導致線路無法正常送電。

4.2 原因分析

收集4個安裝點位FTU采集到零序電壓進行諧波含量分析，4個點位零序電壓波形中3次諧波含量均偏大，諧波值如表1所示。

表1 零序電壓的基波和3次諧波值

以上4個點位零序電壓偏高是由于零序電壓波形中含有大量的3次諧波，初步判斷零序電壓3次諧波含量偏大原因是由于三相五柱式互感器二次平衡繞組開路，失去了對鐵芯中的原三次諧波磁通的去磁作用，導致三次諧波經過一次零序電壓繞組ON。

導致芒信變電站10 kV系統3U0偏高的原因是由于零序電壓中含有大量的3次諧波以及零序電壓基波值較大共同作用造成的。零序電壓基波值大是由于成套設備接地網的接地電阻大造成的，規程要求成套設備接地電阻＜4歐姆。現場測量了3個成套設備安裝點位的接地網電阻，如表2所示。

從表2可以看出，零序電壓偏高是由于成套設備接地電阻不合格造成的，因此測量和改善成套設備的接地電阻，有利于降低零序電壓。

4.3 試驗及現場驗證

仿真試驗室里將10 kV線路上接入了1只大連北方三相五柱式電壓互感器實際掛網運行，模擬了二次平衡繞組開路和閉合兩種工況，并通過FTU采集零序電壓和錄波，同時利用萬用表測量平衡繞組兩端的電壓。

工況1：二次平衡繞組開路時。

工況2：二次平衡繞組正常時。

平衡繞組開路時，FTU采集到的零序電壓偏大且3次諧波含量較大；平衡繞組閉合時，FTU采集到的零序電壓很小，幾乎為零。

對10 kV岔河線主干線10號桿、宏偉支線4號桿及10 kV岔河線芒弄新寨支線1號桿3臺柱上智能斷路器的配套的三相五柱式電壓互感器和35 kV忙信變10 kV母線三相五柱式電壓互感器進行停電檢查。現場檢查發現4個點位的三相五柱式電壓互感器平衡繞組保險均已損壞，平衡繞組處于開路狀態。現場更換保險使平衡繞組處于閉合狀態時，送電后4個點位的零序電壓恢復正常。

大連一互三相五柱式電壓互感器一次側N端需接地，在安裝過程中，由于施工安裝不規范，沒有按照要求將零序電壓繞組ON尾端N接地，此時三相五柱式電壓互感器中性點與地之間的電阻增大時，中性點O對地出現一個懸浮電壓，導致其零序電壓偏高。

5 結束語

通過對云南電網某供電局配電自動化零序電壓偏高典型案例分析，配電自動化成套設備安裝、調試、驗收過程中，嚴格檢查成套設備接地的可靠性及接地電阻是否滿足要求，對于設備投運后零序電壓是否滿足要求顯得尤為重要。