站用400 V交流系統饋線狀態量研究

王鳳祥

摘 要：站用400 V交流系統作為變電站低壓設備工作電源，是變電站運行的根本;電流從站用變輸出后經，由專用站用變交流饋線屏實現全站低壓負荷電源分接;交流饋線屏有母排、斷路器和接線端子，缺少狀態監測。文章分析交流饋線屏饋線支路物理狀態量，總結交流系統絕緣故障，分析各狀態量與絕緣故障關系，總結交流饋線狀態量在交流系統中的應用。

關鍵詞：站用交流系統;交流饋線屏;饋線狀態量

1? ? 站用400 V交流饋線屏簡介

站用400 V交流系統作為變電站低壓設備工作電源，主要負荷有：直流系統用交流電源、交流操作電源、主變壓器強迫油循環風冷系統用交流電源、UPS逆變電源用交流電源、主變有載調壓裝置用交流電源、照明用交流電源以及生活電源等。站用400 V交流系統設計通常是由兩臺站用變輸出，由母聯刀閘互投，站用變輸出后設計饋線屏，饋線屏分接到各負荷[1-3]。

饋線屏即出線柜，主要功能是為外部設備分配、提供電源。站用交流饋線屏有必要的表計顯示、母線、饋出開關、狀態指示燈、接線端子等。交流饋線屏由饋線屏和母聯屏組成，通常分一段、二段。

2? ? 站用400 V交流饋線狀態量

電路中的物理量，如電流（電壓、電動勢）的大小隨時間按一定規律作周期性變化且在一個周期內平均值為零時，稱為交流電。工程上應用的交流電，一般是隨時間按正弦規律變化的，稱為正弦交流電，簡稱交流電。交流系統通常用字母“ac”或“AC”表示。

如圖1所示，交流系統基本物理量有電壓U、電流I、周期T、角頻率ω和初相位φ，站用400 V交流系統周期、相位角和初相位一致性高。主要分析站用400 V交流系統的電壓U和電流I。

站用400 V交流饋線狀態量有輸出電壓U、饋線支路電流I、故障狀態漏電流ΔI，通過這些變化量可有效分析負荷功率、絕緣狀態等。

3? ? 交流饋線屏狀態量與交流絕緣故障分析

3.1? 交流系統絕緣故障

如圖2所示，站用交流系統負荷分為三相平衡負荷、三相不平衡負荷和三相負荷3種類型。三相平衡負荷電源接三相火線La，Lb和Lc，外殼接地線，負荷工作時火線有電流，地線無電流;三相不平衡負荷電源接三相火線La，Lb，Lc和零線，外殼接地線，負荷工作時火線和零線有電流，地線無電流;單相負荷電源接火線（La或Lb或Lc）和零線，外殼接地線，負荷工作時火線和零線有電流，地線無電流;所以站用交流系統線路火線和零線有電流，地線無電流。

站用400 V交流系統絕緣故障主要有以下幾種：? ? ? ?（1）相—相絕緣故障。火線與火線之間出現絕緣故障。電阻與負荷屬于并聯關系，打破原負荷的平衡度，導致的結果是火線電流增加、零線電流增加或減小。（2）相—N絕緣故障。火線與零線之間出現絕緣故障，相當于增加一個單相負載，絕緣相線與零線出現電流增加。（3）相—地絕緣故障。火線與地線之間出現絕緣故障，由于站用變中性線可靠接地，相當于增加一個單相負載，絕緣相線與地線出現電流增加。（4）N—地絕緣故障。N線是站用變中性線引出，同時在變壓器端可靠接地，N線絕緣故障點與可靠接地點屬于并聯關系，屬于多點接地。站用400 V交流系統屬電源系統，不用作為保護計量，允許多點接地。

3.2? 站用400 V交流系統絕緣故障發生原因

站用400 V交流系統絕緣故障發生的原因可能由電纜發生絕緣故障或者電氣設備發生絕緣故障導致。

電纜發生絕緣故障原因有以下3點：（1）電纜絕緣長期在電和熱的作用下運行，其物理性能會發生變化，從而導致其絕緣強度降低或介質損耗增大而終引起絕緣崩潰老化出現故障。（2）電纜絕緣內部氣隙產生的電游離會造成局部過熱，使絕緣材料碳化，引起絕緣強度下降。電纜過負荷是電纜過熱的重要因素。安裝于電纜密集區、電纜溝及電纜隧道等通風不良處的電纜、電纜路徑與熱力管道并行或交叉且無有效隔熱措施等都會使電纜過熱而加速絕緣層損壞。? ? ? ? （3）電纜的絕緣老化，主要出現在投入運行的后期，一般發生在運行15年及以上電纜線路，導致電纜故障率大幅上升。絕緣老化主要分為樹枝狀老化、電熱老化及絕緣材料老化。電纜絕緣介質內部氣隙在電場作用下產生游離使絕緣下降，當絕緣介質電離時，氣隙中產生臭氧、硝鼓等化學物質，腐蝕絕緣層，同時絕緣中的水分使絕緣纖維產生分解，造成絕緣強度下降。

電氣設備絕緣故障原因有以下幾種可能：由擊穿引起的絕緣失效和老化引起的絕緣失效。擊穿引起的絕緣失效有：氣體的擊穿、液體電介質的擊穿、固體電介質的擊穿;老化引起的絕緣失效有：熱老化、電氣老化、機械老化。

3.3? 交流狀態量與絕緣故障關系分析

站用400 V交流系統是接地系統，發生相—相絕緣故障、相—N絕緣故障、相—地絕緣故障時，均給站用變增加負荷。電壓源增加負荷表象為線路電流增加、電源電壓下降;各饋線支路均有斷路器作為短路保護、電流過大會發生跳閘保護，站用變功率預留容量大，所以發生絕緣故障導致電源電壓長時間突變下降可能性不大;重點分析電流與絕緣故障關系。

三相電動機啟動時的瞬時啟動電流是電機額定電流的5～7倍，如果電機質量不好，甚至有到10倍的;所以依據線路電流突變判斷絕緣故障不夠理想。

站用變交流饋線線路由三相四線制、三相三線制、單相雙線制，相—相絕緣故障和相—N絕緣故障監測饋線泄漏電流為零，只有相—地絕緣故障線路有漏電流存在。

發生相—相絕緣故障、相—N絕緣故障、相—地絕緣故障時，是給站用變增加負荷;當出現高阻絕緣故障時，增加負荷電流小，不好測量區分，高阻絕緣威脅也極小;當出現低阻絕緣故障時，增加負荷電流大，好測量區分，為和瞬時突變負載區別，突增電流持續時間作為參考判斷故障情況即可。

相—地絕緣故障線路有漏電流存在，通過檢測線路漏電流情況，判斷相—地絕緣故障。

綜上所述，依據線路漏電流可以計算相線對地絕緣故障，其他絕緣故障需要通過相電流變化與持續時間雙重因素判斷，避開設備啟動瞬時電流突變干擾。

4? ? 結語

本文解析站用400 V交流系統構成、交流系統主要物理量情況，分析交流系統絕緣故障類型與原因，總結各種絕緣故障與主要物理量關系;為交流絕緣故障監測提供參考方法。

[參考文獻]

[1]中國南方電網有限責任公司.Q/CSG變電站站用交流電源系統技術規范[EB/OL].（2020-01-06）[2021-08-15].https：//wenku.baidu.com/view/159ec3ff842458fb770bf78a6529647d272834aa.html.

[2]李林川.電力系統基礎[M].北京：科學出版社，2019.

[3]曾令琴，王磊.供配電技術[M].3版.北京：人民郵電出版社，2018.

（編輯 王永超）

Research on feeder state quantity of station 400 V AC system

Wang Fengxiang

（Longtan Hydropower Development Co.， Ltd.， Hechi 547300， China）

Abstract：As the working power supply of low-voltage equipment in substation， 400 V AC system in substation is the basis of substation operation. After the output of substation transformer， there is a dedicated substation transformer AC feeder panel to realize the low-voltage load power distribution of the whole station. There are bus bars， circuit breakers and terminals in the AC feeder panel， which is lack of condition monitoring. This paper analyzes the physical state quantity of feeder branch of AC feeder panel， summarizes the insulation fault of AC system， analyzes the relationship between each state quantity and insulation fault， and summarizes the application of AC feeder state quantity in AC system.

Key words：station AC system; AC feeder panel; feeder state quantity