小电流接地系统电压不平衡的分析及处理

钟永城 彭娇

摘 要：小电流接地系统在运行中发生单相接地、缺相运行及其它异常时，会出现三相电压不平衡的情况，本文通过分析电压不平衡的现象和原因，判断故障性质，及时处理故障，避免事故扩大。

关键词：小电流接地系统；电压不平衡；分析

中图分类号： TM71 文献标识码：A

1 概述

中低压电网（3kV～66kV电力系统）大多数都采用中性点非直接接地系统，即小电流接地系统。在小电流接地系统中，系统的绝缘按线电压设计，发生单相接地故障时，仍可带接地故障持续运行1～2h，但不平衡电压会威胁设备和人身安全，应尽快处理。系统出现电压不平衡时，值班调度员不能一概认为是系统一次接地故障，要从电压异常现象中正确分析并判断故障形式，迅速排除故障，确保电网安全运行。因此，值班调度员必须熟练掌握几种电压不平衡的原因，正确分析并判断故障。

2 常见电压不平衡的分析

在小电流接地系统中，引起电压不平衡的原因主要有以下几种情况：

（1）接地故障。

（2）运行中的电压互感器熔断器熔断。

（3）缺相运行故障。

（4）系统发生铁磁谐振。

2.1 接地故障

小电流接地系统中，多数接地故障为单相接地。发生单相不完全接地时，接地相电压降低，另两相电压在一定范围内会升高；发生金属性接地时，接地相电压降为零，另两相电压升高为线电压。若B相发生单相接地故障，其对应电压向量图如图1所示。

从图1可知，中性点不接地系统正常运行时，三相电压分别为各相线对中性线（点）电压，即AO、BO、CO。当该系统发生单相接地故障时（图1为B相接地），中性点电位发生偏移。Od为中性点对地电压，其大小和方向沿着弧线移动，Ad、 Bd、Cd为各相线对地电压。

当B相不完全接地时，故障相电压降低，中性点电压偏移但不到相电压，非故障相电压不确定，图中非故障相A相对地电压Ad在相电压AO与线电压AB之间变化，总是大于相电压，有时大于线电压。非故障相C相对地电压Cd在相电压CO与线电压CB之间变化，有时小于相电压，多数情况下大于相电压但达不到线电压。因而接地相电压在一定范围内并不是最小的，不能以电压最小判定为接地相，发生单相不完全接地故障，调度员可以以正相序（A→B→C）为基准，判断相对地电压最大的下一相为接地相，由图1可知，A相对地电压总是最大，故可判断B相为接地相。

当B相为完全接地时，图1中d点与B点重合，中性点对地电压Od达到相电压，方向与BO相反，接地相B相对地电压Bd为零，非接地相A相与C相电压达到线电压。

2.2 电压互感器熔断器熔断

2.2.1 高压熔断器熔断

高压熔断器一相熔断时，熔断相二次对地电压减小，其余相电压正常，与熔断相相关的线电压会减小。高压熔断器熔断，一次侧电压不平衡，因而开口三角有零序电压，发出“母线接地”信号，且该零序电压3U0等于相电压，若A相熔断时，其电压向量图如图2所示。

当其中两相高压熔断器熔断时，这两相熔断相相电压很小，未熔断相相电压正常，熔断相两相之间的线电压为零，其余线电压减小但不为零，一次侧的电压不平衡，开口三角有零序电压，发出“母线接地”信号。若A、B两相高压熔断器熔断，其电压向量图如图3所示。

2.2.2 低压熔断器熔断

当电压互感器低压熔断器一相熔断时，熔断相电压为零，非故障相相电压正常，开口三角没有零序电压，不发“母线接地”信号，这是区分高压熔断器熔断与低压熔断器熔断的关键依据。电压互感器低压熔断器两相熔断时也是熔断相为零，非故障相相电压正常。

2.3 缺相运行故障

小电流接地系统发生一相或两相断线，使系统缺相运行时，会出现三相电压不平衡。缺相运行使中性点位移，断线相电压升高，非断线相电压降低，接地保护装置可能发出接地信号。值班调度员可以通过监测负荷侧及电源侧变电站的电压进行判断，若负荷侧变电站母线电压异常，电源侧电压正常，则是线路断相。

2.4 系统发生铁磁谐振

铁磁谐振引起电压不平衡常有基波和分频谐振两种。基波谐振时一相对地电压减小，另两相增大，或者一相对地电压增大，另两相减小；分频谐振时三相对地电压同时增大或依次增大。在对只带有电压互感器的空载母线合闸充电时容易发生基波谐振，单相接地时易产生分频谐振。发生谐振时，一般采取拉分段开关或空载线路、改变网络参数等方法破坏谐振条件，使系统恢复正常。

3 典型案例及处理

某110kV变电站10kV母线为单母线分段接线，有12条出线间隔，2台站用变间隔，2台接地变间隔，2台电容器间隔及2台电压互感器间隔，正常运行时分段501开关在合位。

故障现象：某日，雷雨天气，调度后台警铃响，发出 “10kV Ⅰ段母线接地、10kV Ⅱ段母线接地”故障信号，同时监控机显示该变电站10kV Ⅰ段母线三相电压为Ua=10.6kV，Ub=0kV，Uc=10.6kV；10kV Ⅱ段母线三相电压为Ua=10.6kV，Ub=7.7kV，Uc=8.2kV。处理过程如下：

（1）调度员处理时，首先拉开分段501开关，这时故障现象变为10kV Ⅰ段母线三相电压为Ua=5.6kV，Ub=5.7kV，Uc=5.6kV；10kV Ⅱ段母线电压为Ua=10.6kV，Ub=1.7kV，Uc=1.2kV，后台发“10kV Ⅱ段母线接地”故障信号。这表明Ⅰ段母线电压恢复正常，Ⅱ段母线电压未恢复，同时由于拉开分段开关故障仍存在，排除系统铁磁谐振故障。另外，拉开分段开关后10kV Ⅱ段母线B、C相电压降低，A相升高至线电压，与缺相运行现象类似，但是后台并没有断线后电流变化的信号，因而也可排除缺相运行故障。此时，系统可能既存在高压熔断器熔断故障也存在单相接地故障。

（2）检查高压熔断器。现场检查发现10kV Ⅱ段母线电压互感器B、C相高压熔断器熔断，更换熔断器后故障现象变成10kV Ⅱ段母线三相电压为Ua=10.6kV，Ub=1.7kV，Uc=8.7kV，后台发“10kV Ⅱ段母线接地”故障信号。这种故障现象是典型的单相不完全接地故障，通过以正相序为基准，可以判定系统B相不完全接地。

（3）试拉10kV Ⅱ段母线馈线。拉路顺序一般为：①充电备用线路；②故障率高的线路或线路长、分支多、负荷小、非重要用户线路；③分支少、线路短、负荷大较重要用户线路。通过试拉至10kV 城市甲706线路时，接地信号消失，10kV Ⅱ段母线电压为Ua=5.6kV，Ub=5.7kV，Uc=5.6kV。至此，判定10kV Ⅱ段母线10kV 城市甲706线路B相不完全接地故障。

结语

调度员在处理小电流接地系统电压不平衡故障时，不能简单就判定为系统发生接地故障，应该收集全部现象并进行综合分析。对小电流接地系统中最常见的单相接地故障、高低压熔断器熔断、缺相运行及铁磁谐振一一进行分析比较，判别接地信号真伪，做到准确迅速的判断及处理，保证电网安全运行。

参考文献

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[2]段云.浅谈小电流接地系统电压不平衡的现象[J].云南电力技术，2009，37（02）.

[3]李炼. 刍议小电流接地系统电压不平衡[J].中国新技术新产品，2011（09）.

作者简介：钟永城（1988-）男，本科，工学学士，电气助理工程师，从事调度管理工作。