一起10kV母线电压异常事故的简要分析

伏祥运

（连云港供电公司，江苏 连云港 222004）

1 过程简述

2009年3月24日，某地区一35kV变电所出现一次电压异常事故，如图1所示。图1给出了与该事故相关的电网接线情况，图中A站为35kV变电所，B站为110kV变电所，A站10kV X线和B站10kV Y线通过环网单元形成手拉手供电。A站10kV母线除了X线外还有4条10kV出线，据统计共有电缆线路约8 km，架空线路3 km；B站除Y出线外还有7条出线，据统计共计电缆线路25 km，架空线路15km。

图1 相关系统接线图

2009年3月24日A站10kV X线进行2～21号杆施工，工作结束后10kV X线送电发现，A站10kV电压异常，C相偏低，约为5.2kV，A,B相偏高，分别为6.4kV,6.5kV，间断性的出现电压的剧烈波动，线电压为10.3kV。拉开A站X线出线开关后，电压恢复正常。对所内和出线检查无明显异常。后对A站X线再次送电时，A站10kV电压又出现异常并多次出现短暂电压剧烈波动。再次拉开A站X线开关后，A站10kV母线电压又恢复正常。后将X线通过环网单元倒至B站供电，B站10kV母线电压无明显异常。进行带电巡线时发现X线2号杆穿刺线夹有松动，接触不良。处理后，X线倒至A站送电正常。

通过了解得知，X线2号杆通过一个穿刺线夹引出一个分支箱，该分支箱下接了多条电缆分支线路，根据配电管理信息系统（MIS）的信息，这部分分支线路电缆长度约在2 km。

2 简要分析

2.1 电压不平衡原因分析

简化系统电路如图2所示。O点为地；O'为负荷的虚拟中性点；YA,YB,YC分别为系统三相对地的导纳，主要是由线路和母线的对地电容、压变的对地阻抗、接地变和消弧线圈形成的对地阻抗等组成；为电源虚拟中性点和地之间的电势差。由于电源的虚拟中性点和地之间没有电流通路，即这两点之间仅有电势差但没有电流，因此在图中用虚线表示。在分析过程中假设系统电压是理想的，即有

当三相负载不平衡时将引起O点和O'存在电势差[1，2]，根据图 2 计算可得

图2 简化系统电路图

根据式（1）可以将式（2）写成如下形式[3]：

当X线2号杆穿刺线夹接触不良时，断开相和连接相相比，对地电容减小，若A相、B相接触不好，YA和 YB比 YC要小，将造成了中线点的偏移，中将含有与A相和B相电压同方向的电压成分，如图3所示。中性点对地产生了偏移，这时A相、B相对地电压增大，C相对地电压减小。这一点与实际系统电压显示的C相偏低，A相、B相偏高相符。

图3 电压相量图

从式（3）中可以知道，YA－YB和 YB－YC就是断开点之后的电缆线路对地电容，这部分电缆越长，电压偏移越严重。YA+YB+YC表示三相对地导纳之和，主要是线路对地电容。相同长度的架空线路和电缆线路相比，对地电容要小得多，甚至可以忽略。因此10kV母线上的出线电缆越长，YA+YB+YC就越大，则中性点的偏移就越小。对于文中所讨论的情况，YA－YC和 YB－YC就是 2号杆 T接的分支箱所带电缆对地电容的大小，为一常数。由于A站10kV母线出线电缆较短，YA+YB+YC较小，B站10kV母线出线电缆则要长得多，YA+YB+YC相对较大，这就可以解释X线在A站运行时，电压偏移较为严重，而导致B站运行时电压偏移很小的原因。

在不考虑压变以及消弧线圈的影响时，仅考虑电缆的对地电容，根据配电MIS的数据，利用式（3）对A站的电压偏移进行估计可得

根据式（4）和图3可以计算出A，B，C三相电压分别为：6.2kV，6.2kV，5.5kV。需要说明的是，由于在中性点电压偏移后达到一定限值后消弧线圈将动作，将使得电压偏移增大。因此估算结果和实际显示存在一定的差异。

2.2 电压剧烈变化原因分析

由于架空线路在室外受风力等影响，当出现导线摆动时，可能造成1支线各相的接通或断开。相当于对一个对地电容充电电荷的重新分配，由于系统阻抗和线路阻抗的存在，将产生一个电磁暂态过程，该暂态过程将进一步造成中性点偏移电压的暂态过程。另外，该电磁暂态中含有一定的直流分量，该直流分量在系统侧没有通路，只有通过电压互感器（TV）和消弧线圈形成通路，该直流分量容易造成压变的瞬间饱和。因此，初步判断间歇性的电压剧变是由于对地电容电荷重新分配时的电磁暂态及其中的直流分量造成TV饱和。这种暂态变化速度快，时间短，符合当时电压的短时剧烈变化的现象。

另外，当1支线某相导线突然接通时，相当于投入一个对地电容，该过程由2个过程对该电容充电。首先是其他线路的相同相电容给刚投入的对地电容充电；接着，在系统电压作用下，通过压变和消弧线圈形成通路，对地电容充电。由于线路参数要比消弧线圈电感小得多，因此前一个过程较后一个过程快得多。由于这2个过程速度相差很大，可以认为它们是分段进行的。在第一阶段时，线路电容之间的电荷重新平均分配，将造成对地电容的电压降低。由于电荷总量为Q不变，则有

式中：C'为投入线路对地电容；C为系统对地电容总和；U，U'，ΔU为电荷平均分配前后电压及其变化量。从式（5）中可以看出，投入线路电容越大，ΔU越大；系统总电容C越大，ΔU越小。在文中讨论的情况下，C'为一个常数，就是1支路电缆线路的对地电容。B站较A站的电缆长得多，对地电容较大。因此，X线出现接触不良时，在A站运行时较在B站运行时第1阶段产生的ΔU要大得多。

第1个阶段电荷平衡产生的ΔU越大，第2阶段的暂态过程就越明显，对电压的影响就越大。因此，X线在A站运行时暂态过程的直流量较大，对TV影响也大，电压产生了明显变化。在B站运行时则没有明显的电压变化。

利用仿真软件，对X线在A站和B站运行时的参数建立仿真模型，进行仿真研究。如图4所示，分别给出了当1支线A相突然投入时，流经消弧线圈的电流波形图。

图4 仿真结果图

从图4中可以看出，X线在A站运行时，消弧线圈的电流较大。通过快速傅里叶变换（FFT）分析得出，在1支线投入时，在A站和B站运行时其直流分量分别为0.7 A和0.1 A。这个直流电流将通过消弧线圈和压变进行分流。在A站运行时直流电流大，对压变影响大，在B站运行时影响较小，这和实际情况也相符。

3 结束语

本文针对一起10kV母线电压异常事故进行了介绍，解释了事故过程中的各种现象，分析了事故的原因。对稳态的电压不对称问题进行了公式推导和分析，对其中的暂态过程进行了仿真研究。通过推导分析和仿真研究所得到的结果都分别与事故过程中产生的现象相符，证明了分析的正确性和合理性。文中的分析对电力系统运行过程中相同和相关问题的处理具有一定的借鉴意义。

[1]解广润.电力系统过电压[M].北京：水利电力出版社，1983.

[2]平绍勋.电力系统内部过电压保护及实例分析[M].北京：中国电力出版社，2006.

[3]李润先.中压电网系统接地实用技术[M].北京：中国电力出版社，2001.