中性点不接地系统单相断线故障判别与防治

袁士超，陈东海，谭 智，彭 亮，朱 耿

(国网浙江省电力有限公司宁波供电公司，浙江 宁波 315010)

0 引言

电力系统按中性点接地方式分为中性点接地和不接地两种。目前，我国110 kV及以上系统一般采用中性点直接接地，3～60 kV系统采用中性点不直接接地方式。

中性点不接地系统电压等级低，呈现网络线路分支多、分布面广、各类故障出现频率高等特点。其中，单相断线故障隐蔽性强、容易忽视。该故障会导致单相用户停电或电压偏低，三相动力用户电机跳停、运行异常甚至烧毁等问题，严重影响用户电能质量。

以浙江某地区35 kV中性点不接地系统出线单相断线故障为例，从原理上对该类故障现象的形成原因进行分析，并提出相应的防治建议。

1 故障概述

某35 kV中性点不接地系统某35 kV出线Z线路单供Z用户变，如图1所示。

图1 某35 kV中性点不接地系统

35 kV母线D相电压一般在19.60～21.62 kV波动。某日，该母线D相电压变为UA=19.7 kV，UB=25.7 kV，UC=18.5 kV，超出正常波动范围。当拉开1DL开关后，相电压恢复正常，合上1DL开关后电压仍旧异常。巡线后发现电压异常由35 kV Z线路32号杆B相断线引起，线路经停电处理后恢复送电时，系统侧电压恢复正常。

2 中性点不接地单相断线故障分析

中性点不接地系统电网等效电路如图2所示。

图2 中性点不接地系统的电网等效电路

在通常情况下，YΨ(Ψ=A，B，C)中的电容电纳jωCΨ远大于泄漏电导1/RΨ，计算时可忽略处理。式(3)可进一步简化为：

系统正常运行时，网架三相参数对称，负荷侧有电能质量要求，负载常态下呈平衡状态，则断线故障后系统B相对地电容减小，以极端情况为例，假设系统仅一条出线，该线路出口处B相断线后CB=0，则：

此时，电压相量关系如图3所示。

图3 B相断线后系统侧三相电压相量关系

35 kV不 接 地 系 统 实 际EΨ(Ψ=A，B，C)=21 kV，上述系统唯一出线Z线路中间偏负荷侧的32号杆处断线，取CB=0.5CA=0.5CC，可得：

母线对地电压为：

与实际故障母线电压UA=19.7 kV，UB=25.7 kV，UC=18.5 kV基本一致。

3 中性点不接地单相断线故障判别

单相断线故障现象比较隐蔽，尤其断线后线路对地电容变化较小时，电源侧不易发现。以下基于故障情况下电源侧和负荷侧的异常电压分析，提出单相断线故障故障快速判别方法。

3.1 电源侧母线异常电压分析

由上式(2)推导得出式(4)，即正常运行时不接地系统中性点对地电压假设B相断线，进一步拓展上述案例中的断线情况，取值k(0≤k<1，其中k=0对应系统唯一出线电源侧出口断线的极端情况)为断线后B相剩余线路对地电容与未断线时线路对地电容之比，可得到：

因此，根据断线对断线相别线路对地电容影响程度，其变化为0≤k<1时，电源侧断线相的相电压升高，但不超过线电压，非断线相的相电压略降低，得到各种故障快速判别数据(见表1)。

表1 中性点不接地单相断线电源侧母线电压 p.u.

此外，条件允许情况下，可以短时拉合该出线开关，通过电压短时恢复进一步验证断线结论。如系统仅为单条出线时，还可通过电源侧电压计算得到k值，配合线路长度，估算断线点位置，有助于加快后续线路故障点查找和处置速度。

3.2 负荷侧母线异常电压分析

3.2.1 负荷侧Y/D11变压器进线断线分析

图4 中性点不接地B相断线电压相量关系

根据对称分量法，将A相与C相正序电压和负序电压画入相量图可得到高压侧三相电压相量关系如图5所示，其中：

图5 高压侧电压相量关系

由于变压器接线为YD11接线，而且变压器中性点不接地，因此不存在零序分量；在正序电压作用下，低压侧正序电压超前高压侧正序电压30°；在负序电压作用下，低压侧负序电压滞后高压侧负序电压30°。

根据对应关系可以得到低压侧电压相量关系如图6所示。

图6 低压侧电压相量相关系

当高压侧发生B相断线时，负荷侧低压母线上a，b相电压相等，均为为a相电压的2倍，ab线电压为0，bc，ca线电压幅值为a，b相电压3倍，综合各相断线情况和断线后负荷侧和低压侧各电压，得到标幺值故障快速判别依据(见表2)。

表2 单相断线Y/D11变压器低压侧母线电压 p.u.

3.2.2 负荷侧Y/Y0变压器进线断线分析

根据上述分析方法，Y/Y0接线高、低压侧无相位变化，根据图5可得到用户为Y/Y0变压器时的低压侧母线电压情况，结合各项参数，得到故障快速判别依据(见表3)。

表3 单相断线Y/Y0变压器低压侧母线电压 p.u.

4 线路断线故障防治

4.1 线路断线原因

(1) 外力引起断线。主要包括：吊机、车辆碰线、违章施工碰线、异物碰导线、盗窃及火灾。

(2) 雷击引起断线。主要包括：雷电流的热效应、雷电流的冲击效应、高温下架空地线的张力作用，以及设计规程和设计考虑欠妥。

4.2 线路断线防治

(1) 加大宣传力度，营造保电舆论氛围；争取政府相关职能部门的配合与支持；开发新科技防盗产品；建立举报、奖励制度等。

(2) 吊车违章操作是断线故障的重要诱因，也是断线防治的重点，要求操作人员严格按照操作规程进行现场吊车操作，派专人监护吊车吊臂的动作及运转，防止吊车操作中触碰电线，造成断线事故。

(3) 日常巡线过程中，要加强关注电线相间搭接的异物，发现并及时清理，以防异物短路。

(4) 制定输电线路的防雷方式时，要综合考虑线路的重要程度、系统运行方式、经过地区雷电活动的强弱、地形地貌特征、土壤电阻率等条件。

5 结束语

通过分析可知，中性点不接地系统断线故障引起的断线相对地电压升高主要原因是断线造成系统中各相对地电容变化导致变压器中性点偏移，分析结果与实际情况相符。单相断线的故障快速判别方法和防治建议，为今后调度和运维人员准确判断、及时处理和有效防治该类故障提供了参考。