袁士超，陳東海，譚 智，彭 亮，朱 耿

(國網(wǎng)浙江省電力有限公司寧波供電公司，浙江 寧波 315010)

0 引言

電力系統(tǒng)按中性點接地方式分為中性點接地和不接地兩種。目前，我國110 kV及以上系統(tǒng)一般采用中性點直接接地，3～60 kV系統(tǒng)采用中性點不直接接地方式。

中性點不接地系統(tǒng)電壓等級低，呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)線路分支多、分布面廣、各類故障出現(xiàn)頻率高等特點。其中，單相斷線故障隱蔽性強(qiáng)、容易忽視。該故障會導(dǎo)致單相用戶停電或電壓偏低，三相動力用戶電機(jī)跳停、運(yùn)行異常甚至燒毀等問題，嚴(yán)重影響用戶電能質(zhì)量。

以浙江某地區(qū)35 kV中性點不接地系統(tǒng)出線單相斷線故障為例，從原理上對該類故障現(xiàn)象的形成原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的防治建議。

1 故障概述

某35 kV中性點不接地系統(tǒng)某35 kV出線Z線路單供Z用戶變，如圖1所示。

圖1 某35 kV中性點不接地系統(tǒng)

35 kV母線D相電壓一般在19.60～21.62 kV波動。某日，該母線D相電壓變?yōu)閁A=19.7 kV，UB=25.7 kV，UC=18.5 kV，超出正常波動范圍。當(dāng)拉開1DL開關(guān)后，相電壓恢復(fù)正常，合上1DL開關(guān)后電壓仍舊異常。巡線后發(fā)現(xiàn)電壓異常由35 kV Z線路32號桿B相斷線引起，線路經(jīng)停電處理后恢復(fù)送電時，系統(tǒng)側(cè)電壓恢復(fù)正常。

2 中性點不接地單相斷線故障分析

中性點不接地系統(tǒng)電網(wǎng)等效電路如圖2所示。

圖2 中性點不接地系統(tǒng)的電網(wǎng)等效電路

在通常情況下，YΨ(Ψ=A，B，C)中的電容電納jωCΨ遠(yuǎn)大于泄漏電導(dǎo)1/RΨ，計算時可忽略處理。式(3)可進(jìn)一步簡化為：

系統(tǒng)正常運(yùn)行時，網(wǎng)架三相參數(shù)對稱，負(fù)荷側(cè)有電能質(zhì)量要求，負(fù)載常態(tài)下呈平衡狀態(tài)，則斷線故障后系統(tǒng)B相對地電容減小，以極端情況為例，假設(shè)系統(tǒng)僅一條出線，該線路出口處B相斷線后CB=0，則：

此時，電壓相量關(guān)系如圖3所示。

圖3 B相斷線后系統(tǒng)側(cè)三相電壓相量關(guān)系

35 kV不 接 地 系 統(tǒng) 實 際EΨ(Ψ=A，B，C)=21 kV，上述系統(tǒng)唯一出線Z線路中間偏負(fù)荷側(cè)的32號桿處斷線，取CB=0.5CA=0.5CC，可得：

母線對地電壓為：

與實際故障母線電壓UA=19.7 kV，UB=25.7 kV，UC=18.5 kV基本一致。

3 中性點不接地單相斷線故障判別

單相斷線故障現(xiàn)象比較隱蔽，尤其斷線后線路對地電容變化較小時，電源側(cè)不易發(fā)現(xiàn)。以下基于故障情況下電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的異常電壓分析，提出單相斷線故障故障快速判別方法。

3.1 電源側(cè)母線異常電壓分析

由上式(2)推導(dǎo)得出式(4)，即正常運(yùn)行時不接地系統(tǒng)中性點對地電壓假設(shè)B相斷線，進(jìn)一步拓展上述案例中的斷線情況，取值k(0≤k<1，其中k=0對應(yīng)系統(tǒng)唯一出線電源側(cè)出口斷線的極端情況)為斷線后B相剩余線路對地電容與未斷線時線路對地電容之比，可得到：

因此，根據(jù)斷線對斷線相別線路對地電容影響程度，其變化為0≤k<1時，電源側(cè)斷線相的相電壓升高，但不超過線電壓，非斷線相的相電壓略降低，得到各種故障快速判別數(shù)據(jù)(見表1)。

表1 中性點不接地單相斷線電源側(cè)母線電壓 p.u.

此外，條件允許情況下，可以短時拉合該出線開關(guān)，通過電壓短時恢復(fù)進(jìn)一步驗證斷線結(jié)論。如系統(tǒng)僅為單條出線時，還可通過電源側(cè)電壓計算得到k值，配合線路長度，估算斷線點位置，有助于加快后續(xù)線路故障點查找和處置速度。

3.2 負(fù)荷側(cè)母線異常電壓分析

3.2.1 負(fù)荷側(cè)Y/D11變壓器進(jìn)線斷線分析

圖4 中性點不接地B相斷線電壓相量關(guān)系

根據(jù)對稱分量法，將A相與C相正序電壓和負(fù)序電壓畫入相量圖可得到高壓側(cè)三相電壓相量關(guān)系如圖5所示，其中：

圖5 高壓側(cè)電壓相量關(guān)系

由于變壓器接線為YD11接線，而且變壓器中性點不接地，因此不存在零序分量；在正序電壓作用下，低壓側(cè)正序電壓超前高壓側(cè)正序電壓30°；在負(fù)序電壓作用下，低壓側(cè)負(fù)序電壓滯后高壓側(cè)負(fù)序電壓30°。

根據(jù)對應(yīng)關(guān)系可以得到低壓側(cè)電壓相量關(guān)系如圖6所示。

圖6 低壓側(cè)電壓相量相關(guān)系

當(dāng)高壓側(cè)發(fā)生B相斷線時，負(fù)荷側(cè)低壓母線上a，b相電壓相等，均為為a相電壓的2倍，ab線電壓為0，bc，ca線電壓幅值為a，b相電壓3倍，綜合各相斷線情況和斷線后負(fù)荷側(cè)和低壓側(cè)各電壓，得到標(biāo)幺值故障快速判別依據(jù)(見表2)。

表2 單相斷線Y/D11變壓器低壓側(cè)母線電壓 p.u.

3.2.2 負(fù)荷側(cè)Y/Y0變壓器進(jìn)線斷線分析

根據(jù)上述分析方法，Y/Y0接線高、低壓側(cè)無相位變化，根據(jù)圖5可得到用戶為Y/Y0變壓器時的低壓側(cè)母線電壓情況，結(jié)合各項參數(shù)，得到故障快速判別依據(jù)(見表3)。

表3 單相斷線Y/Y0變壓器低壓側(cè)母線電壓 p.u.

4 線路斷線故障防治

4.1 線路斷線原因

(1) 外力引起斷線。主要包括：吊機(jī)、車輛碰線、違章施工碰線、異物碰導(dǎo)線、盜竊及火災(zāi)。

(2) 雷擊引起斷線。主要包括：雷電流的熱效應(yīng)、雷電流的沖擊效應(yīng)、高溫下架空地線的張力作用，以及設(shè)計規(guī)程和設(shè)計考慮欠妥。

4.2 線路斷線防治

(1) 加大宣傳力度，營造保電輿論氛圍；爭取政府相關(guān)職能部門的配合與支持；開發(fā)新科技防盜產(chǎn)品；建立舉報、獎勵制度等。

(2) 吊車違章操作是斷線故障的重要誘因，也是斷線防治的重點，要求操作人員嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行現(xiàn)場吊車操作，派專人監(jiān)護(hù)吊車吊臂的動作及運(yùn)轉(zhuǎn)，防止吊車操作中觸碰電線，造成斷線事故。

(3) 日常巡線過程中，要加強(qiáng)關(guān)注電線相間搭接的異物，發(fā)現(xiàn)并及時清理，以防異物短路。

(4) 制定輸電線路的防雷方式時，要綜合考慮線路的重要程度、系統(tǒng)運(yùn)行方式、經(jīng)過地區(qū)雷電活動的強(qiáng)弱、地形地貌特征、土壤電阻率等條件。

5 結(jié)束語

通過分析可知，中性點不接地系統(tǒng)斷線故障引起的斷線相對地電壓升高主要原因是斷線造成系統(tǒng)中各相對地電容變化導(dǎo)致變壓器中性點偏移，分析結(jié)果與實際情況相符。單相斷線的故障快速判別方法和防治建議，為今后調(diào)度和運(yùn)維人員準(zhǔn)確判斷、及時處理和有效防治該類故障提供了參考。