现阶段10kV配网系统母线电压异常判别及故障分析

张志军

摘要:10kV配网系统母线电压异常是电网运行中的常见问题, 本文通过对电压异常现象进行判别和故障分析,总结了10kV配网系统电压异常的各种情况。并结合配网调度员实际工作指出了对故障的判断及处理方法,从而提高调度员对电压异常进行快速分析、判断和解决的能力。

关键词：配网系统；电压异常；判断处理

中图分类号： U472.42 文献标识码： A

0 引言

10kV配网系统电压异常现象在电网运行中经常遇到，但要想准确及时地判断处理并不是一件容易的事。根据运行经验表明，引起10kV系统电压异常最常见的是接地故障。由于我国3～66kV电力系统大多数采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式，即小电流接地系统。该系统最大优点是发生单相接地故障时，不会破坏系统电压的对称性，并且故障电流值较小，不影响对用户的连续供电，系统可连续运行1～2 h。但长期运行由于非故障的两相对地电压升高至线电压，可能引起电压互感器烧化及电网的绝缘薄弱环节被击穿，发展成为相间短路，使事故扩大。

现有的10kV配网系统中，当二次零序电压超过绝缘监测装置的临界值10～30V时就会发出接地告警信号。然而引起10kV系统电压异常的因素非常多，可能是10kV系统设备故障，或是10kV电网运行参数异常，均有可能造成系统发接地告警信号。对于目前大多数常规变电站无人值守改造后，必须依靠配网调度员在调度端对系统三个线电压值、三个相电压值及相关保护告警信息进行分析判断，尽快处理故障，消除电压异常，恢复电网的正常运行。

1 单相接地故障分析

单相接地是配电系统最常见的故障, 多发生在潮湿、雷雨天气。按照接地类型,通常可分为金属性接地和非金属性接地2 类。

(1)金属性接地：接地相电压为零，非故障的两相电压升为线电压。原因主要有: 线路断线接地、瓷瓶击穿、电缆击穿、线路避雷器击穿、配电变压器避雷器击穿等。

(2)不完全接地：电压显示为一相升高、两相降低；或者两相升高、一相降低。原因主要有：线路断线接地、瓷瓶爆裂、树碰导线、配变烧毁等。电压异常随着接地电阻大小不同而不同，下面以中性点不接地系统为例作简要分析：

图1 简单三相配电网络

图1中，UA、UB、UC分别为该配网系统中各相电源相电压，R为配网系统A相接地时的接地电阻。从图中得知中性点不接地系统存在对地绝缘电阻和电容，

则零序电压（1）

式中UA为电网A相的电源相电压；XC为电网单相对地电容容抗。

由此可以得出零序电压有效值为：

（2）

U0与UA之间的相位角为180°—，其中，

= （3）

由以上（2）、（3）式我们可以知道随接地电阻R变化接地电阻情况也不同，由此我们可以得知，绝缘电阻、对地电容和接地电阻对接地故障时零序电压产生很大的影响。当对地电容和绝缘电阻固定时，零序电压U0随接地电阻R变化的轨迹是以点为圆心，×为半径的圆弧。当R=0时，这些圆弧经过（0，）点，即发生完全接地，此时有|Uo|=|UA|；当R=∞时，圆弧经过坐标原点，即为正常运行时|Uo|=0 。由此可以看出，当r和C固定时，U0的相位角是随R值变化的，在=60°时，故障相的对地电压和滞后相的对地电压大小相等；当＜60°，故障相的对地电压将小于其他两相；当＞60°时，故障相的对地电压将大于滞后相的对地电压。

由此可知，以正相序为基准，对地电压最高相的滞后相为接地相；Uo超前Ua90°且|Ua|2+|Uo|2=|Uagq|2。

分三个区分析判断：

A、两相电压升高，一相电压降低，降低相为故障相（1区）

B、一相升高小于线电压，两相降低，电压升高相的滞后相为故障相（2、3区）

图2 A相接地时各相电压变化规律

当10kV配网系统母线电压异常符合图2所示的变化规律时，调度员可以通过上述分析判断出接地相，并且能大概了解接地的程度。若小电流系统装设有接地选线装置且动作，调度员可以立即通知线路运维人员进行巡线，并告知故障的相关信息，以方便巡线人员查找定位，更快速查出故障，缩短故障影响时间。

针对一些小电流系统没有装设选线装置或选线正确率不高的情况，一般利用“瞬停法”逐一试拉馈线来查找接地故障的线路。在该母线上所有线路轮流拉路一遍后仍然没有找到故障线路，则可能两条及以上的线路同时发生单相接地，甚至是10kV母线或母线上设备发生单相接地。此时，必须将馈线逐一全部停下来，若接地故障仍然存在，则可判断为母线或母线上设备接地；若接地信号复归，则逐一试送馈线，以确定接地线路。对于多条线路同时接地的情况，调度员可通过线路的同杆架设及交叉跨越等情况来判断可能的故障点，尽可能缩小查找范围。

2 断线故障分析

10kV配电网出现断线故障的原因主要有线路断线不接地，断引线，过载或短路冲击引起线路刀闸、电缆引线、线路接头烧断；断路器非全相合闸导致缺相等。常见单相断线，也可能发生两相断线。

（1）单相断线：电源侧断线相电压上升，小于1.5倍相电压；其余两相电压下降且相等，大于0.866倍相电压。电压的幅度随断线位置的电气距离不同而变化，对于末端线路断线，其变化幅度不大。断线点电源侧线电压不变，用户不受影响。断线点负荷侧用户缺相运行，低压侧一相电压不变，另外两相电压降低至0.5倍，不满足三角形关系。

（2）两相断线：电源侧一相电压降低，其余两相电压升高。负荷侧三相电压降低。电压的幅度随断线位置的电气距离不同而变化，对于末端线路断线，其变化幅度不大。

在单相断线故障中，线路断线除了观察三相电压的不对称确定断线长度外，还可通过馈线电流是否减少来辅助判断，如出线端断线，则该相电流为0；线路中段或末段断线，则各相电流减少程度各不同。另外，若断线后电源侧接地，调度自动化系统将发接地信号；若断线后不接地或负荷侧接地，系统一般情况下不发接地信号，但也有可能发接地信号。因此系统发接地信号未必证明电网一定存在接地故障，配网调度员应充分利用故障信号及电压、电流量判断出断线故障，给运维人员提供较准确的故障位置信息，达到快速复电的目的。

3 PT故障分析

PT高压熔丝一相熔断：电压一般显示为熔断相降低，但不为0，其余两相电压不变。PT高压熔丝两相熔断：电压一般显示为熔断相电压降低为0，非熔断相电压不变。

PT低压熔丝一相熔断：电压一般显示为熔断相电压为零，其余两相电压基本不变。PT低压熔丝二相熔断：电压一般显示为熔断相电压为零，正常相电压基本不变。

PT高压或低压熔丝三相熔断：三相电压显示为零。

PT或其二次回路故障造成系统电压异常也在运行中时有发生，且当PT高压熔丝一相或两相熔断时，二次回路的零序电压数值可达100／3V，系统可能会误发母线单相接地信号。因此调度员必须仔细分析电压变化特点，如果只有PT故障发生，无论发生哪种类型故障，其三相电压均不会超过相电压。同时还需留意系统是否发出“PT断线”信号，确认故障，尽快通知人员处理。

4 多重故障分析

系统运行中可能会出现一些异常的母线电压及信号，造成难以判断是线路故障还是PT故障，这时候需特别判断系统是否出现多重故障。如PT三相或两相熔丝熔断且线路单相接地，由于熔断相电压为零, 无法判断是否有接地故障, 可先按PT故障进行检查处理；若系统选线装置曾发出线路接地信号，可认为同时发生了接地故障，要一并处理。较常见的有PT一相高压熔丝熔断及线路单相接地同时发生，当熔断相与接地相是同一相时,接地熔断相可能升高,也可能降低,其余两相升高。当接地相与熔断相是异相时,接地相为零,熔断相可能升高,也可能降低,另一相升高。可拉开接地线路并通知运维人员巡线，同时通知巡检人员尽快到变电站处理PT故障，恢复PT正常运行及对母线电压的监视。

5 铁磁谐振分析

配电系统发生铁磁谐振的原因较多, 除送空母线时母线对地电容和电压互感器形成的谐振较易判断并消除外, 其他的都较难判断。小电流接地系统发生谐振能造成系统中的避雷器爆炸，电压互感器高压熔丝甚至烧坏等危害，因此要及时判断处理。从整体上看, 铁磁谐振一般表现为一相、两相甚至三相對地电压升高, 部分情况下电压表会发生低频摆动。如果出现电压异常升高, 且没有任何一相电压降低情况出现, 则应该考虑是否由铁磁谐振所造成, 可通过投入或退出电容器、电抗器；投入空载线路或设备等方式改变系统参数, 消除谐振。

6 结语

综上所述，本文对10kV配网系统母线电压在各种故障情况下的变化作了大致的分析，希望调度值班人员能够对此进行参考，仔细观察各相电压的数据及特点，并进行准确判断和处理。从而更快地查找故障、减少故障停电时间，防止事故扩大，达到快速复电的目的，并保障配电网的安全稳定运行。

参考文献：

[1] 蒙岩.10kV系统电压异常的表现形式分析与判断处理[J].中国科技信息, 2006,(5)：148

[2] 唐大勘，惠 民. 10 kV 系统单相接地故障分析[J].电气时代, 2011,(6): 86-87.