粵電集團貴州有限公司 劉志其

在35kV系統(tǒng)中，經(jīng)常出現(xiàn)三相電壓不平衡現(xiàn)象，其產(chǎn)生的原因多種多樣，如不及時查出原因，可能使設(shè)備受到嚴重威脅，甚至擴大事故。本文結(jié)合故障實例重點分析了系統(tǒng)接地、線路斷線、鐵磁諧振、PT二次回路異常、PT熔絲熔斷等故障原因，并進行了詳細的故障現(xiàn)象描述，以便現(xiàn)場人員能夠快速準確查出故障，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

一、概述

某風電場升壓站建好反送電運行幾天后，觀察35kV母線電壓，發(fā)現(xiàn)三相電壓嚴重不平衡，隨之后臺監(jiān)控裝置顯示1號主變低后備保護—低壓側(cè)復壓動作，查閱監(jiān)控數(shù)據(jù)：AB相間電壓平均為30.66V，BC相間電壓平均為30.12V，CA相間電壓平均為35.51V，A相平均電壓為20.32kV，B相平均電壓為15.19kV，A相平均電壓為20.43kV，零序平均電壓為2.66kV；二次側(cè)A相電壓為58.1V，二次側(cè)B相電壓為43.6V，二次側(cè)C相電壓為58.2V，二次側(cè)零序電壓為9.1V。

為了準確的判斷故障類型，查取35kV母線三相電壓故障錄波圖，如圖1所示。由錄波圖可知：A、C相電壓波形正常，B相電壓波形發(fā)生畸變，波形近似為三角波，且每個周波畸變部位相同，這是系統(tǒng)存在諧波分量造成的。

圖1 35kV母線三相電壓故障錄波圖

二、故障原因分析

造成35kV母線電壓不平衡的主要原因有以下幾種：（1）系統(tǒng)接地；（2）線路斷線；（3）鐵磁諧振；（4）PT二次回路異常；（5）PT熔絲熔斷。

三、故障現(xiàn)象描述

（1）本電場采用小電阻接地方式，如圖2所示，電網(wǎng)正常運行時，由于電纜電網(wǎng)的不對度較小，還有中性點接地電阻強阻尼作用，可不考慮變壓器中性點電壓偏移影響（張俊華.配電網(wǎng)中性點電阻接地方式研究及接地電阻器的開發(fā)[D].長沙:湖南大學,2009）。若發(fā)生單相接地故障時，設(shè)系統(tǒng)正常相電壓為U0，故障點電流為Ig，則發(fā)生故障時正常相的相電壓變成原來的倍，電壓向量如圖3所示。即即故障點的電流Ig= — ( IR+ IB+ IC)。綜上所述，發(fā)生接地故障時，小電阻接地系統(tǒng)電壓變化特性類似于中性點不接地系統(tǒng)，電流變化特性類似于中性點直接接地系統(tǒng)。

圖2 中性點經(jīng)電阻接地原理圖

圖3 電壓向量圖

若發(fā)生金屬性接地時，則故障相電壓為零，非故障相電壓上升為線電壓，此時PT的輔助繞組開口三角電壓為100V，保護裝置發(fā)出接地信號；若發(fā)生非金屬接地時，故障相電壓低于正常線電壓，非故障相電壓高于正常相電壓，低于正常線電壓，此時開口三角電壓小于100V。雖然相電壓不平衡，但是線電壓卻基本保持不變。

（2）35kV線路斷線時，不僅會引起三相電壓不平衡，而且會引起線電壓降低。當上一電源側(cè)即電源側(cè)線路單相斷線時，表現(xiàn)為故障相電壓升高，一般小于1.5倍相電壓，非故障兩相電壓降低且相等，一般不低于0.87倍相電壓；斷線相相電壓升高的原因為斷線將引起三相電壓及電流不對稱，系統(tǒng)處于非全相運行狀態(tài)，造成系統(tǒng)中各相對地電容變化，導致變壓器中性點偏移；電壓升高的幅度與斷線點和母線的距離相關(guān)，距離母線越近電壓越高，反之則越低。當下一個電壓等級即負荷側(cè)線路單相斷線時，三相相電壓都降低，其中故障相電壓較低，非故障相電壓較高且比較接近。

（3）在PT對地的感抗與電網(wǎng)對地電容匹配的情況下，由于對只帶PT的空母線突然合閘或者系統(tǒng)發(fā)生接地故障，會導致PT出現(xiàn)很大的勵磁涌流，引起PT鐵芯飽和，促使其三相對地導納不對稱，發(fā)生鐵磁諧振。鐵磁諧振分為基波（工頻）諧振、分頻諧振、高頻諧振（李國友,曹琪琳.電壓互感器一次側(cè)加裝消諧器后三相電壓不平衡原因分析[J].高壓電器,2008,44(2):187-189）。

基波諧振現(xiàn)象是一相（兩相）對地電壓升高，高于線電壓，一般小于3倍相電壓，兩相（一相）對地電壓降低，但不為0，中性點產(chǎn)生不同程度的零序電壓，開口三角電壓一般小于100V；分頻諧振現(xiàn)象是三相電壓同時升高或依次輪流升高，并在相同范圍內(nèi)以低頻周期性擺動，電壓升高一般小于2倍相電壓，中性點產(chǎn)生零序電壓，開口三角電壓一般小于100V；高頻諧振現(xiàn)象是三相電壓同時升高，高于線電壓，一般小于3.5倍相電壓，中性點產(chǎn)生較高的零序電壓，開口三角電壓一般大于100V。此外，發(fā)生鐵磁諧振時線電壓一般不會改變。

（4）PT二次回路異常一般比較復雜，表現(xiàn)形式各樣，一般需要現(xiàn)場詳細分析與檢測，主要分為PT二次兩點接地、PT二次側(cè)N600（中性線）斷線、PT二次回路斷線等幾種情況。其中PT二次接地故障現(xiàn)象為：在母線或線路出口故障時，PT二次兩點接地產(chǎn)生的附加電壓將使健全相中一相電壓明顯升高而另一相明顯降低，故障相電壓幅值變大，相位改變；PT二次側(cè)N600（中性線）斷線時故障現(xiàn)象為：三相電壓波形都會有一些畸變，主要表現(xiàn)為尖頂波，這是因為含有大量三次諧波而引起的；PT二次回路斷線電壓變化跟PT接線方式有關(guān)，這個表現(xiàn)比較復雜，本文中暫不分析說明。

（5）PT熔絲熔斷的情況可以分為高壓熔絲熔斷和低壓熔絲熔斷，高、低壓熔絲的接入位置如圖4所示。

圖4 高、低壓熔絲的接入位置的線路圖

高壓熔絲會造成系統(tǒng)的三相電壓不平衡，當高壓熔絲單相熔斷時，熔斷相相電壓會降低或接近于0，這是由于PT鐵芯彼此想通，熔斷相磁通會減小但不會為0，一次繞組會有感應(yīng)電壓，其未熔斷相相電壓為正常相電壓，其相角差為1200，未熔斷兩相相間電壓（線電壓）為正常線電壓，其他線電壓降低；一般熔絲熔斷處有明顯過熱現(xiàn)象，可利用紅外線測溫儀測量，比較溫度差異；在開口三角形處也會產(chǎn)生不平衡電壓，即零序電壓，其理論值為33V左右，發(fā)出接地信號；錄波圖上故障相電壓波形稍有畸變，且每個周期畸變部位大致相同；但是大多時候PT高壓熔絲不能完全熔斷，通過高阻接通，其二次側(cè)電壓降低不明顯，其零序電壓也較小，一般在10V左右，不會發(fā)出接地信號。當高壓熔絲兩相熔斷時，熔斷的兩相相電壓很小或接近于0，未熔斷相相電壓接近正常電壓，熔斷的兩相相間電壓(線電壓)為0，其他線電壓降低，但不為0（溫選堯,龍海蓮,等.35kV母線TV高壓熔斷器異?，F(xiàn)象[J].四川電力技術(shù),2008,31(2):47-50）。

低壓熔絲熔斷時，由于一次側(cè)三相電壓仍然平衡，故PT開口三角電壓為0，不會發(fā)出接地信號，其余故障現(xiàn)象均與高壓熔絲熔斷相似。若已判斷PT二次側(cè)熔絲完好，測得PT二次三相相電壓有一相或者兩相低于50V，且PT開口三角有電壓，電壓為10V左右，則可判斷為高壓熔絲熔斷；若測得PT二次三相相電壓有一相或者兩相低于30V，且PT開口三角無電壓，則可判斷為低壓熔絲熔斷。

四、結(jié)語

由于本次故障A、C相電壓正常，B相電壓低于正常相電壓，B相電壓波形發(fā)生畸變，波形近似為三角波，且每個周波畸變部位相同，同時現(xiàn)場PT安裝了消諧器，根據(jù)上述故障現(xiàn)象的描述對比，故障原因可能是PT的B相高壓熔斷器熔斷，經(jīng)過現(xiàn)場檢查與測量，確認是PT的B相高壓熔斷器熔斷，經(jīng)過更換后，三相電壓大約為20.32kV，零序電壓為0.37kV，三相電壓平衡，故障解除。