浅析中性不接地系统电压不平衡原因及对策

浅析中性不接地系统电压不平衡原因及对策

张碧华

云南电网有限责任公司玉溪供电局 云南 玉溪 653100

摘要：变电站35kV及以下系统一般均为不接地系统，因系统运行参数不对称、谐振、电压互感器自身故障，导致运行中系统电压不平衡时有出现。本文对35kV及以下系统中性点不接地系统电压不平衡原因进行分析，并提出改善不平衡的对应措施，在实际运行中有一定指导意义。

关键词：不接地系统，电压不平衡，分析

0 前言

目前我国35kV及以下系统一般均为不接地系统，部分地区因电容电流过大采取经消弧线圈地接地，在生产运行过程中电压不平衡现象经常发生，而不平衡发生的原因又各不相同，为此准确判断并找到不平衡的根本原因，是正确处理电压不平衡问题的根本。

1 电压不平衡分析

不平衡现象发生的原因大致可分为三大类：系统参数不对称、谐振、电压互感器自身故障。

1.1 系统参数不对称。

三相系统参数不对称引起电压不平衡，主要是因为三相系统等值电容值不对称，35kV系统带空载线路且未换相导致中性电容偏低的三相电容值不对称造成中性点电压位移[1]，引发的系统电压不对称；近来有资料[2]表明220kV主压器三相入口对地等效电容值也存在不平衡现象，同样导致35kV系统电压不平衡。若系统有负荷出线，由于感性负荷对线路对地电容的补偿作用，不平衡现象将会减轻或消失。

系统发生单相接地或断线故障。在中性点不接地系统中，当其中一相出现金属接地时，会产生激磁涌流，导致电压互感器铁心磁饱和。接地相与大地同电位，两正常相的对地电压值上升为线电压。当发生非金属性接地短路时，接地相电压降低，但不为0，非接地相电压升高，但不到线电压。

线路路、断路器、隔离开关一相未接通或合闸不同期，对其电容三相不平衡，使中性点位移，造成三相参数不对称，产生电压不平衡。上一电压等级线路一相断线时，下一电压等级的电压表现为三个相电压均降低，其中一相较低，另两相较高。本级线路断线时，断线相电压为零，未断线相电压仍为相电压。

1.2谐振

近年来，随着配网线路电压互感、电子控制电焊机、调速电机等非线性负责的接入，引起电压波动，在线路发生单相故障、系统发生较大波动、电压互感器突然投入等耦合条件满足的情况下，导致系统发生谐振。谐振引起电压波动分为三种：分频谐振、基频谐振、高频谐振[3]，各谐振特点如下表。

表1 谐振类型及现象特征

1.3电压互感器自身故障

10 kV(35 kV)电压互感器高压侧熔断器发生熔断，如电力系统发生单相间隙电弧放电或其他接地等使系统产生铁磁谐振过电压；电压互感器内部出现单相接地或匝间、层间、相间断路故障；电压互感器二次侧发生短路，而二次侧熔断器未熔断，造成高压熔断器熔断。当高压某相熔断器熔断时，熔断相二次侧的电压表指示本应为零，其余两相二次电压为100 V，但因电压互感器的二次回路通过计量用的无功、有功电能表电压线圈与保护回路中的电压继电器线圈串联构成回路，使比有一定电压指示，但其数值很小。

电压互感器中性点击穿，如采用三相五柱电压互感器构成绝缘监视装置，有时会发出错误信号，并造成一次系统接地的假象。

图1三相五柱式电压互感器接线图

以二次绕组b相单相短路为例。二次回路单相短路电流小，接地的b相与地同电位，故b相输出为零。由于一次系统是中性点不接地系统，电压互感器一次绕组虽然中性点接地，但没有零序电流流通，因此，二次绕组的零序电流在铁心中激励起零序磁通，零序磁通感应产生零序电势Uko，使得A、C相电压升为Ua’、Uc’，即A、C相上上升为线电压，B相为零。中性点保险JRD击穿时的电压向量如图2所示。当取下JRD后，中性点接地消除，电压恢复平衡。

图2中性点击穿时电压相量图

电压互感器二次侧熔断器熔断或接触不良时，监控系统发出“电压回路断线”的告警信号。查电压表发现，未熔断相电压表指示不变，熔断相的电压表指示降低或为零。与高压保险熔断的不同是：一次三相电压仍平衡，开口三角处没有电压，因而不会发出接地信号。其它现象均与高压保险熔断的情况相同。

2 电压不平衡现象的处理

2.1系统参数不对称的处理

不接地系统发生电压不平衡时，应首先判断电压不平衡表象归属。若三相只有轻微不对称，且系统无负荷接入或只有空载线路接入时，可基本判断是系统三相对地电容值不对称原因导致的电压不平衡，此时可采取接入接入系统负荷，改变系统运行方式，以感性负荷过补偿空载线路形成的的中相电容值较的系统特性，形成以感性负载的系统特性，从而解决因电容量不对称导致的电压不平衡。若系统无法接入负荷，可考虑采取中性点接一个较大的电容器接地的方式，以予消除其三相对地电压不平衡状况。

若二次电压有明显的单相接或断线故障特征时，则应首先查明和确认电压互感器是完好无损，正常工作。先判断电压互感器一、二次熔断器是否熔断，首先用万用表检查二次侧各相熔断器的进、出线端相电压是否为58 V(线电压100V)，也可将二次熔断器取下用万用表电阻档测量通断。如果一、二次熔断器完好，则故障发生在一次高压侧。此时，可按调度规程对单相接地故障进行查找，先检查变电站站内设备有无异常，对接地系统相关的一次设备进行全面的外观检查，重点检查各引线有无断线接地，互感器、避雷器有无击穿损坏，设备上有无落物及外力破坏等。发现故障点，隔离故障。若站内设备运行正常，汇报调度，采取拉路查找的方法，对接入系统的各出线逐条停电的方法检查线路，从面查出有故障的线路。

若检查过程中发现电压互感器一次侧熔断器已熔断，处理的方法是：先拉开电压互感器高压侧隔离开关，取下低压二次熔断器，经确认无电后，仔细检查电压互感器一次套管、端盖处有无破裂、渗油，有无异物，绝缘油有无异常气味等。如果有异常，应用兆欧表测量绝缘电阻。在确认TV正常后，更换高压熔断器，进行送电。如再次熔断，则应考虑电压互感器的内部是否存在故障，并进一步做直流电阻、变比等试验，判断电压互感器的好坏。在停用电压互感器前，应考虑对继电保护、自动装置和计量的影响。在取得调度和有关负责人的许可后将保护装置、自动装置暂时停用，以防其它设备误动。需要注意的是，在更换电压互感器一、二次熔断器时一定要选用符合规格的熔断器。

2．2谐振的处理

若二次电压有明显的谐振故障特征时，可采用以下方法处理：

(1)改变系统运行参数，躲开如谐振区，破坏谐振条件。如采用母线增加出线或母线上增设集中电容器；使用伏安特性较好的电压互感器，使其工作在伏安特性的线路区域，当有激发因素时，铁芯不易饱和，也就难以激发谐振；装设消弧线圈，在中性点不接地系统中，采用消弧线圈接地，可在系统在单相故障时，提高熄弧能力，从而避免单相接地引发的弧光过电压。

(2)在电压互感器的开口三角形侧并联阻尼电阻，当系统发生单相接地故障时，因此阻尼电阻阻值较小（16.5-33Ω），绕组两端近似于短路，起到了改变电压互器参数的作用。

(3)在电压互感器的高压线圈中性点的接地线串接阻尼电阻，即采用带消谐器的电压互感器。

(4)当出现空母线谐振时，不宜拉开电压互感器隔离刀闸，应增大母线电容和并联电感，即合上1条空载线路或空载的变压器来破坏谐振条件，使三相电压恢复平衡。

2.3电压互感器故障

电压互感器自身发生故障时，则需进行故障的原因摸查，应首先排除电力系统发生单相间隙电弧放电或其他接地等使系统产生铁磁谐振过电压导致的损坏，若因系统谐振导致的损坏，更换电压互感器则治标不治本，则需考虑采用谐振的处理方法进行处理。

综上所述，设备运行过程中，应分析各种电压不平衡的情况，做到分析判断准确、处理及时，从而保证设备的安全运行。对接地不消失的现象，应引起充分注意，否则会误认为误发信号，造成误判断而延误排除故障的时间。

参考文献

[1] 郭飞，曾秀梅，易秉栋等.中性点不接地系统母线电压不平衡研究[J].四川电力技术,2008,31(6):55-58.

[2] 张昭南，陈益伟. 变压器入口等效电容引起的三相对地电压不平衡的分析及处理[J].广西电力,2002,25(2):22-24

[3]梅成林,张超树.电压互感器铁磁谐振分析[J].电网技术,2008,32(2):311-313