路宗強(qiáng)，汪雪峰

(1.承德石油高等?？茖W(xué)校成人教育與培訓(xùn)部，河北 承德 067000;2.長(zhǎng)慶油田公司水電廠油房莊水電大隊(duì)，陜西 定邊 781600)

中性點(diǎn)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(熔斷器熔斷)、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(diǎn)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(cè)斷線(熔斷器熔斷)造成三相電壓不平衡

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電壓不平衡，可能是由于高壓側(cè)斷線(熔斷器熔斷)造成，由于PT還會(huì)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(huì)產(chǎn)生不平衡電壓，輸出零序電壓。例如:A相高壓保險(xiǎn)燒斷，相量圖見圖1，零序電壓大約為33 V左右，故能起動(dòng)接地裝置，發(fā)出接地信號(hào)。

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(xiǎn)熔斷)時(shí)，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(huì)產(chǎn)生不平衡電壓，不會(huì)發(fā)出接地信號(hào)，這點(diǎn)可以作為判斷電壓互感器高壓或低壓保險(xiǎn)熔斷的重要判據(jù)。

1.3 發(fā)生金屬性接地時(shí)造成三相電壓不平衡

當(dāng)線路或帶電設(shè)備上某點(diǎn)發(fā)生金屬性接地時(shí)(如A相)，接地相與大地同電位，其它兩正常相(B、C相)的對(duì)地電壓數(shù)值上升為線電壓，產(chǎn)生嚴(yán)重的中性點(diǎn)位移。中性點(diǎn)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(yùn)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。金屬性接地也存在兩條出線同時(shí)存在不同相金屬性接地的情況，也為運(yùn)維人員查找接地故障帶來(lái)困難。

1.4 三相負(fù)荷的不對(duì)稱造成三相電壓的不平衡

三相負(fù)荷的不對(duì)稱也會(huì)造成三相電壓的不平衡現(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(duì)稱的原因可能有以下幾種:

1)出線回路缺相運(yùn)行，這對(duì)電壓影響較大。配網(wǎng)線路長(zhǎng)，某分支回路的一相隔離開關(guān)斷開或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(huì)造成電壓不平衡。缺相運(yùn)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(duì)稱也會(huì)造成電壓不平衡。

1.5 經(jīng)消弧裝置接地造成電壓不平衡故障

目前，我國(guó)的城市配電網(wǎng)的中低壓供電系統(tǒng)大部分為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，近些年隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，6～35 kV配電網(wǎng)不斷發(fā)展，電纜線路占配電線路的比例日益增大，系統(tǒng)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(huì)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(diǎn)電壓，特意將電壓設(shè)成不平衡，但一般在合格范圍不會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行。也有的是因?yàn)橄⊙b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(hào)為XHDCZ-800/35 12-36A 15檔等差。當(dāng)消弧線圈運(yùn)行時(shí)35 kV母線偶爾有三相電壓不平衡現(xiàn)象(達(dá)1 kV)，此時(shí)如果切除消弧線圈，35 kV母線三相電壓不平衡現(xiàn)象消失。

1.5.1 原因分析

從消弧線圈運(yùn)行出現(xiàn)35 kV母線三相電壓不平衡現(xiàn)象，切除消弧線圈后35 kV母線三相電壓不平衡現(xiàn)象消失的情況來(lái)看，故障產(chǎn)生肯定與消弧線圈裝置有關(guān)，究其原因有以下幾種可能:

1)系統(tǒng)對(duì)地電容不對(duì)稱。如果屬于該原因造成，則這種不平衡一開始就會(huì)產(chǎn)生，在不改變線路運(yùn)行狀態(tài)的情況下，不對(duì)稱產(chǎn)生的不平衡將不會(huì)改變(一般情況下不對(duì)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(huì)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(shí)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(guò)電壓。系統(tǒng)零序回路等效電路如圖4所示。

由于消弧線圈平時(shí)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(shí)出現(xiàn)諧振過(guò)電壓。由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)設(shè)置的脫諧度不為零，系統(tǒng)運(yùn)行在過(guò)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4Ω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(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)看，系統(tǒng)出現(xiàn)不平衡電壓1 kV是上述原因造成。

從阻尼電阻保護(hù)方式來(lái)看，此種消弧裝置采用無(wú)源觸發(fā)、雙重可控硅保護(hù)方式(如圖5)，兩級(jí)可控硅保護(hù)整定值有所不同，單相接地發(fā)生時(shí)，阻尼電阻兩端電壓升高，達(dá)到一定值時(shí)，第一級(jí)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(jí)保護(hù)出現(xiàn)故障，第二級(jí)可控硅保護(hù)動(dòng)作，這時(shí)阻尼電阻仍然得到保護(hù)，但是這時(shí)串在阻尼電阻下端的CT沒有電流流過(guò)，系統(tǒng)可以知道第一級(jí)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(huì)造成重大事故。

從現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)可知，系統(tǒng)出現(xiàn)不平衡時(shí)，中性點(diǎn)電流顯示為零，因此可以肯定第二級(jí)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(guò)將消弧線圈退出后進(jìn)行觸發(fā)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，第一級(jí)可控硅實(shí)際觸發(fā)電壓為76 V，第二級(jí)可控硅實(shí)際觸發(fā)電壓為70 V，第二級(jí)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。

1.5.2 解決方案

加大第二級(jí)可控硅觸發(fā)啟動(dòng)電壓的整定值，增強(qiáng)抗干擾能力，運(yùn)行實(shí)際證明，經(jīng)過(guò)將第二級(jí)可控硅觸發(fā)啟動(dòng)電壓的整定值從原來(lái)的70 V提高到150 V后，此站35 kV母線三相電壓恢復(fù)平衡。

2 結(jié)論

綜合以上原因分析，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電壓不平衡時(shí)的判斷方法為:單相接地時(shí)，非接地相電壓會(huì)上升到線電壓，接地相電壓或零序電壓由3U0產(chǎn)生，絕緣監(jiān)察裝置會(huì)發(fā)出信號(hào)。PT高、低壓側(cè)斷線時(shí)，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(shí)有3U0產(chǎn)生，而低壓側(cè)回路斷線時(shí)無(wú)3U0產(chǎn)生，因此低壓側(cè)斷線時(shí)絕緣監(jiān)察裝置不會(huì)發(fā)出信號(hào)。對(duì)于三相負(fù)荷的不對(duì)稱造成電壓的平衡，可以通過(guò)線路三相負(fù)荷電流判斷。對(duì)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。

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