分析中性點不接地系統(tǒng)電壓不平衡的原因

中性點不接地系統(tǒng)經(jīng)常會出現(xiàn)電壓不平衡的情況。電壓不平衡的現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因很多，以致運維人員難以判斷，如不能判斷錯誤，必然會影響設(shè)備的穩(wěn)定運行，甚至擴(kuò)大事故。以下就電壓不平衡的原因進(jìn)行分析探討。

一、電壓不平衡的常見的現(xiàn)象及原因

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

1.高壓側(cè)斷線(保險熔斷)造成三相電壓不平衡

中性點不接地系統(tǒng)電壓不平衡，可能是由于高壓側(cè)斷線(保險熔斷)造成，由于PT還會有一定的感應(yīng)電壓，熔斷相電壓降低，但不為零，其余兩相為正常電壓，三相兩兩向量角差為120。，因斷相造成三相電壓不平衡，開口三角形處也會產(chǎn)生不平衡電壓，輸出零序電壓。例如：A相高壓保險燒斷，矢量合成結(jié)果見圖1，零序電壓大約為33V左右，故能起動接地裝置，發(fā)出接地信號。

2.　低壓二次斷線(保險熔斷)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，三相兩兩向量角差為120。，但因一次三相電壓平衡，開口三角形不會產(chǎn)生不平衡電壓，不會發(fā)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(jù)。

3.發(fā)生金屬性接地時造成三相電壓不平衡

當(dāng)線路或帶電設(shè)備上某點發(fā)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(shù)值上升為線電壓，產(chǎn)生嚴(yán)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(fā)生金屬性接地并不僅僅限于輸電線路，還應(yīng)包含變電站的一次運行設(shè)備，當(dāng)線路拉路檢查完仍未能消除接地故障，則應(yīng)懷疑到本變電站設(shè)備有接地，例如避雷器、電壓互感器、甚至變壓器接地。同時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。

4.三相負(fù)荷的不對稱造成三相電壓的平衡。

三相負(fù)荷的不對稱也會造成三相電壓的平衡現(xiàn)象，較多出現(xiàn)在一些比較薄弱的區(qū)域電網(wǎng)。而造成三相負(fù)荷的不對稱的原因可能是以下幾個：

(1) 出線回路缺相運行，這對電壓影響較大。配網(wǎng)線路長，某分支回路的一相跌落熔斷器熔斷，若該分支負(fù)荷較大，故障相甩負(fù)荷后電壓升高，非故障相電壓有一定的降低。若分支負(fù)荷小，線路呈容性，或者是小電源上網(wǎng)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(jìn)出線及配變高壓側(cè)發(fā)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(shù)不平衡、線路換位不完善、三相負(fù)荷分配不對稱，也會造成電壓不平衡。

5. 經(jīng)消弧裝置接地造成電壓不平衡故障。

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(shè)成不平衡，但一般在合格范圍，不會影響設(shè)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，以下舉一案例詳細(xì)說明。

佛山局110kV小塘變電站裝有三套消弧線圈裝置，其中二號消弧線圈型號為： XHDC-750 20-120A 25檔等差。當(dāng)二號消弧線圈單獨運行時10kV母線偶爾有三相電壓不平衡現(xiàn)象(達(dá)1kV), 此時如果切除二號消弧線圈，10kV母線三相電壓不平衡現(xiàn)象消失;若一號、二號消弧線圈并列運行，10kV母線三相電壓平衡。

二、原因分析

從二號消弧線圈單獨運行出現(xiàn)10kV母線三相電壓不平衡現(xiàn)象，切除二號消弧線圈后10kV母線三相電壓不平衡現(xiàn)象消失的情況來看，故障產(chǎn)生肯定與二號消弧線圈裝置有關(guān)，究其原因有以下幾種可能：

①系統(tǒng)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將產(chǎn)生，在不改變線路運行狀態(tài)的情況下，不對稱產(chǎn)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(xiàn)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(fù)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(xiàn)諧振過電壓。由于系統(tǒng)零序回路等效電路如下：

由于消弧線圈平時處于預(yù)調(diào)諧狀態(tài)，即系統(tǒng)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(tǒng)三相不平衡，嚴(yán)重時出現(xiàn)諧振過電壓。由于系統(tǒng)運行時設(shè)置的脫諧度不為零，系統(tǒng)運行在過補(bǔ)償狀態(tài)，另外系統(tǒng)還存在一定的固有阻尼(例如接地變有4歐左右)，因此即使阻尼電阻為零，系統(tǒng)三相不平衡現(xiàn)象出現(xiàn)，但不一定造成真正意義上的諧振。從運行數(shù)據(jù)來看，系統(tǒng)出現(xiàn)不平衡電壓1kV，是上述原因造成。

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

從現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)可知，系統(tǒng)出現(xiàn)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(fā)，由此造成系統(tǒng)阻尼不夠，三相不平衡電壓被放大。

通過將二號消弧線圈退出后進(jìn)行觸發(fā)實驗發(fā)現(xiàn)，第一級可控硅實際觸發(fā)電壓為76V，第二級可控硅實際觸發(fā)電壓為70V，第二級可控硅觸發(fā)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(fā)，從而造成三相電壓不平衡，與以上理論分析一致。

兩臺消弧線圈并列運行時，由于系統(tǒng)阻尼由一號消弧線圈的阻尼電阻和二號消弧線圈的阻尼電阻共同完成，即使二號阻尼電阻被短接，一號消弧線圈阻尼電阻仍可起到阻尼作用，不會出現(xiàn)，與實際情況相符。

三、解決方案

加大第二級可控硅觸發(fā)啟動電壓的整定值，增強(qiáng)抗干擾能力，運行實際證明，經(jīng)過將第二級可控硅觸發(fā)啟動電壓的整定值從原來的70V提高到150V后，此站10kV母線三相電壓恢復(fù)平衡。

四、結(jié)論

綜合以上原因分析，中性點不接地系統(tǒng)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，接地相電壓不變，有3UO產(chǎn)生，絕緣監(jiān)視裝置會發(fā)信。PT高、低壓側(cè)斷線時，非故障相電壓不變，故障相電壓降低很多，兩者區(qū)別是高壓斷線時有3U0產(chǎn)生，而低壓側(cè)回路斷線時無3U0產(chǎn)生，因此低壓側(cè)斷線時絕緣監(jiān)視裝置不會發(fā)信。對于三相負(fù)荷的不對稱造成電壓的平衡，可以通過線路三相負(fù)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(jìn)行判斷分析。

參考文獻(xiàn)：

繼電保護(hù)/中國電力企業(yè)家協(xié)會供電分會編。北京：中國電力出版社，2001

變電所繼電保護(hù)及自動控制/河南省電力工業(yè)局。北京：中國電力出版社，1995