10kV电网三相电压不平衡分析与处理

2016-12-22郑书煌

中国高新技术企业 2016年31期

郑书煌

摘要：东南沿海地区受气候及地形影响，10kV电网易发生三相电压不平衡现象，但非短路故障按目前的保护装置配置无法实现对故障的准确判断隔离。文章总结了沿海县城10kV配网电压不平衡现象的类型、特征及异常电压信号的分析与处理。

关键词：10kV电网；电压不平衡；故障处理；非短路故障；电力保护装置；电力系统文献标识码：A

中图分类号：TM83 文章编号：1009-2374（2016）31-0116-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.31.058

连江县地处东南沿海，靠海多山，部分地区受台风、雷雨等气候灾害影响严重，加之树线矛盾、外力破坏等原因，10kV电网电压三相不平衡情况时有发生。连江地区10kV电网采用的是小电流接地系统，非短路故障按目前的保护装置配置无法实现对故障的准确判断隔离，调度员只能通过对母线电压变化的解读和分析来判断故障类型，确定处理方案。

1 三相电压不平衡故障类型及影响

10kV电网发生三相电压不平衡异常情况大致有四类；

1.1 测量回路故障

测量回路故障主要是电压互感器一次或二次回路断线。电压互感器故障将影响继电保护、测量和计量功能的正常使用，使调控员无法正常监控电网运行情况，对电网故障无法及时处理。

1.2 运行参数异常

运行参数异常，比如谐振故障。10kV系统发生谐振时，在谐振电压和工频电压的作用下，会造成电压互感器内部过电压，持续时间过长将导致电压互感器烧毁，甚至引起母线故障。

1.3 失地故障

1.3.1 单相失地故障，10kV配电网络一般是中性点不接地系统，发生单相失地故障时，在故障点仅产生很小的电容电流，不影响系统各点对地电位变化，UA、UB、UC电压三角形未变，不影响用户用电，因此线路发生单相失地后，规程允许再继续运行1～2小时。

1.3.2 两相失地故障，两相接地短路后，一般会导致开关保护动作，切除故障线路。

1.4 断线故障

断线故障，造成系统非全相运行，可能危及人身安全，一般不允许长期存在，调度应及时断开故障线路。

2 三相电压不平衡信号特征

发现10kV母线三相电压不平衡时，调度员首先要了解各相电压情况，然后根据电压值变化情况，根据理论知识和工作经验进行分析，判断故障引起原因、种类，帮助现场人员寻找故障点。

经过多年对10kV电网发生三相电压不平衡故障的现象的观察记录，并查询了一些资料，三相不平衡故障大致有以下信号特征：

2.1 电压互感器故障

2.1.1 PT高压熔丝熔断：熔断相电压为接近零，其他相不变，与故障相有关的线电压接近相电压，与故障无关的线电压不变。

2.1.2 PT低压熔丝熔断：熔断相电压为零，其他相基本不变，与故障相有关的线电压变为相电压，与故障无关的线电压不变。

2.1.3 PT高压或低压熔丝三相熔断：三相电压为零。

2.2 谐振引起

2.2.1 基波谐振：与失地信号相似，一相电压降低但不为零，两相电压升高超过线电压或两相电压降低但不为零，一相电压升高。

2.2.2 分频谐振：三相电压依次轮流升高或同时升高不超过线电压。

2.2.3 高频谐振：三相电压同时升高。

2.3 失地故障

2.3.1 10kV母线一相电压接近零，另两相电压升高到线电压，表示电压为零相金属性失地。

2.3.2 10kV母线一相电压降低，但不为零，另两相电压升高但不相等，表示电压降低相非金属性失地。

2.3.3 10kV母线一相电压升高不超过线电压，两相电压降低但不相等，表示可能是升高相的下一相失地。

2.3.4 10kV母线一相电压升高，最高到额定电压的1.55倍，两相电压降低，最低为零，可能是某两相失地（未跳闸）。

2.4 断相故障

2.4.1 线路单相断相：10kV母线电压表现为一相升高、两相降低或者一相降低、两相升高。电压值与断相线路长度有关。

2.4.2 线路两相断相：10kV母线电压表现为一相升高、两相降低或者一相降低、两相升高。电压值与断相线路长度有关。

2.4.3 线路断相时，负荷端如果悬空，则负荷端的断线相仍然有电压，但三相电压不平衡。

2.4.4 线路断相与非金属性失地电压信号有时类似。

3 三相不平衡故障处理

当10kV母线电压出现不平衡信号，首先要排除电压互感器故障，其次排除运行参数异常，最后才考虑是否一次设备故障。

3.1 电压互感器一次或二次回路故障

如果电压互感器一次或二次回路故障，与故障相有关的线电压值降低或者有关的有功功率突然大幅降低，也可判断为电压互感器故障。

一次设备故障与电压互感器同时发生故障，首先隔离一次设备故障，然后处理电压互感器故障。

3.1.1 高压熔丝熔断处理：（1）退出可能误动的保护装置；（2）将故障PT转检修；（3）更换高压熔丝；（4）PT转运行；（5）将已退出的保护投入。注意：变电站内具备PT二次并列条件的，调度员应先将PT二次并列运行再退出故障PT。

3.1.2 低压熔丝熔断处理：（1）退出可能误动的保护装置；（2）更换PT低压熔丝或将空开合上；（3）检查电压是否正常；（4）将退出的保护投入。注意：变电站内具备二次并列条件的，询问现场检查具备并列能力和条件的，调度应将PT二次并列再更换熔丝，严禁将正常运行的PT二次并列至故障PT的二次。

3.1.3 电压互感器发生异常情况（如冒烟、内部放电等），应先断开该电压互感器所在10kV母线的电源，再隔离故障电压互感器。禁止直接拉开该电压互感器的电源隔离开关，其二次侧不得与正常运行的电压互感器二次侧并列。

3.2 谐振故障

对于10kV不接地系统，主要解决措施是投入消弧线圈和改变运行方式，调度员可结合实际情况处理，大致步骤如下：（1）分/合10kV母分开关；（2）投退电容器；（3）按规定的顺序分/合10kV线路开关；（4）切除主变低压侧开关。

3.3 单相失地故障

单相失地故障，为防止扩大故障，保护应及时发出信号，以便调度员采取措施，及时排除故障。

寻找接地故障应按下列顺序进行：（1）判明是否真正失地，首先检查分路零序保护和小电流接地寻找装置是否动作，消弧线圈动作及绝缘监视表计指示情况；（2）两台主变并列运行时，断开母联开关分割网络；（3）试拉空载线路；（4）电网分割成电气不相连的几个部分；（5）用倒换母线的方法检查母线上的互感器；（6）按拉负荷序位或调度规定的序位试拉馈线寻找故障点；（7）试拉线路后故障未消除，应立即合闸（注意：严禁在两系统都有失地的情况下互相并列倒负荷）。

当逐条拉合后接地信号仍未消失，可考虑是同一母线上多条线路同相失地，调度员可按规定顺序逐条选切线路，直到故障信号消失，再逐条合线路开关，以查找故障线路。

若母线上所有线路开关均断开，失地信号仍存在，则可判断是母线或母线所属设备本身单相绝缘被击穿。此时调度员需迅速安排故障母线上的10kV线路转负荷，将故障母线空出，准备检修人员抢修。

3.4 断相故障

高压断相的情况：（1）高压断相处两端导线悬空，没断线两相通过负载与断线导线负荷端相连，断线点负荷端电压为0.5倍相电压，其他两相不变；（2）高压断相，故障相未接触地面或落在绝缘物体上，断相相对地电容电流变小，对地电压相对较高，正常相相对较低；（3）高压断相，故障相负荷侧导线落在地上，正常相通过用户变压器与故障导线相连形成非金属性接地。所以正常相电压降低，故障相电压升高。

断相故障虽没有短路故障后果严重，但对三相电机及系统运行和继电保护有一定影响。调度员判断为断相故障后，通知供电所人员查询线路上用户的电器使用是否正常，电压是否稳定，特别是有三相电机的用户。

3.4.1 如果用户反映高压有缺相现象，变电站10kV母线电压又出现三相电压不平衡，说明断线的线路较长。

3.4.2 如果三相电压不平衡，却无明显失地特征时，应联系故障线路末端用户，如用户用电正常，则可判断为失地故障。

3.4.3 通过查询某一用户可大致确定断相点范围，缺相点前用户电压正常，缺相点后用户电压不正常，三相电动机不启动。

3.5 多点失地故障

电网实际运行发生过以下情况：（1）一条10kV线路一相失地时正常相电压升高导致本线路所属同一母线上其他设备正常相的绝缘薄弱环节击穿，造成两点对地短路跳闸；（2）同一母线上的线路，不同相的两个点依次失地，形成两点对地短路，短路电流超过开关设定的整定值造成线路跳闸。

发生这种故障时按10kV线路跳闸处理。

3.6 三相电压为零

但有时会发生一些特殊情况，比如电流互感器三相熔丝熔断或两相熔丝熔断同时有线路单相（非PT熔丝熔断相）失地，我们无法判断是否有一次设备故障，调度员在接到10kV母线三相电压为零的信号，需结合保护及自动化装置信号进行分析，对照远动系统图上电压和电流指示，判断是电压互感器故障还是一次设备故障。

如果是电流互感器故障按PT一次/二次三相熔丝熔断处理，如果是一次设备故障，按照线路失地进行处理。

4 结语

10kV配电网络三相电压不平衡故障种类繁多，部分故障的特征相似，难以辨别，我们调度员只有努力学习理论知识，认真积累工作经验，并勤于对处理好的故障进行分析总结，才能提高自己处理故障的能力。