小电流接地系统三相电压不平衡分析与处理

林卿生

摘 要：小电流接地系统三相电压不平衡现象是电网异常和故障的反应，其产生原因和事故现象多种多样，本文分别对线路单相失地、两条及以上线路同时失地、PT高压熔丝熔断、PT低壓熔丝熔断、线路断线、系统铁磁谐振、系统电压不平衡以及其它故障等多种电压不平衡现象的原因进行分析并提供了处理方法，为调度员迅速、准确、处理三相电压不平衡提供了参考和依据，对运行中的电网异常分析具有一定的指导意义。

关键词：小电流接地系统；电压三相不平衡；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.137

0 引言

为保证对用户供电的可靠性，在我国现的10～35kV系统中，一般采用小电流系统系统。并且在小电流接地系统安装有绝缘监测装置，可根据二次零序电压值进行报警。通常报警值设置为10～30V，当零序电压大于此整定值时便发出接地告警信号。

然而，由于系统电压不平衡的原因很多，调度员难以精准的依据系统二次电压判断故障情况。在实际运行中，电压异常由多种因素造成，包括：线路单相失地、两条及以上线路同相失地、PT高压熔丝熔断、PT低压熔丝熔断、二次系统接地、负载不对称、电压互感器伏安特性不一致、系统铁磁谐振等。

三相电压不平衡现象可以反应小电流接地系统的电网异常情况，调度员若能准确地根据电压不平衡现象进行故障判断，迅速隔离故障，恢复系统原运行方式，以提高用户的供电可靠性，反之，则可能扩大事故范围，甚至造成大面积停电。

1 小电流接地系统

目前，安溪电网的小电流接地系统有10kV、35kV两个电压等级，其中35kV系统采用经消弧线圈接地，10kV系统采用中性点不接地。部分变电站的10kV系统因电容电流偏大，便在10kV母线的某个间隔安装接地变，人为引入中性点，加装消弧装置。当系统发生单相失地时，消弧线圈产生的电感电流补偿其电容电流，从而降低单相接地故障电流，抑制接地电弧的产生。

当发生单相失地时，接地点残流小，会影响接地选线装置的灵敏性，甚至造成无法选线。采用“试拉法”查找失地线路时，若两条或两条以上线路同相失地，调度员便很难确定失地线路，易误判为母线故障。此外，若消弧线圈补偿度不当，会与系统电容电流谐振，产生谐振过电压或虚幻接地，给调度员的故障判别造成一定困难。

2 小电流接地系统三相电压不平衡分析与处理

2.1 线路单相失地

系统正常运行时，三相对地电容电流大致相等，对地电容电流中流过平衡的三相充电电流，无零序电流。由于系统的绝缘电阻与对地电容电流相对固定，当接地电阻变化时，系统电压也将随着变化。

当系统失地为金属性接地时，接地电阻为零，故障相电压为零，非故障相升为线电压，系统中性点电压发生偏移，PT开口电压增大，发出失地信号；当系统失地为非金属性接地时，故障相便会电压降低，不为零，其它两相非故障相电压升为线电压，PT开口电压增大，发出失地信号。

由此可见，当系统发生单相接地时，故障特征较为明显，可以准确地判断出故障类型，一般可以用“试拉法”来准确判断故障线。对于装有接地选线装置并正常投入运行的变电站，寻找和隔离故障的一般方法为：

（1）依据接地选线装置对选出的接地线路进行试拉，如接地未消失，即应当恢复本线路运行。

（2）此后，再依据选线装置的选线结果进行逐条试拉，继续查找到接地的线路。

（3）对于试拉过程中出现选线装置异常的情况，应当及时恢复已试拉的线路运行。

对于接地选线装置不正常运行或选线结果明显错误的情况，调度员应当按照未装设接地选线装置查找接地故障的处理原则进行。

（1）将并列运行的母线进行系统解列，判别所在母线段。

（2）试拉重合闸成功、老旧线路、运行环境差等有故障迹象（含外破信息）的线路（包括全电缆线路）。

（3）试拉空载线路。

（4）试拉线路长、分支多、负荷轻、无重要用户或无高危行业用户的线路。

（5）试拉线路走廊途经山区林木多、雷击区域多的线路。

（6）试拉全电缆线路。

（7）最后试拉负荷较重、含重要用户或高危行业用户的线路。

在实际处理中，还应根据度调度SCADA系统上的电流异常变化、配网故障定位系统的故障指示、用户反应（包括95598）等信息来源判断失地线路。找到引起接地故障的原因后，在隔离故障前不再恢复该馈线运行。

2.2 两条及以上线路同时失地

（1）若失地为两条线路异名相失地，此时系统相当于发生两相接地故障，线路的电流保护将迅速动作，切除其中一条失地线路。因还有另一条线路失地，PT开口电压增大，发出失地信号。此种情况的处理方法同线路单相失地。

（2）若两条失地线路为同相失地，由于未形成电流回路，线路的三段式电流保护不会动作。此时PT开口电压增大，发出失地信号，现象同单条线路单相失地。此时，若按照单条线路失地的处理方法，逐条试拉线路，逐条试送，第一遍对馈线逐条试拉后将无法查找出失地线路。此种情况易给调度员造成误判断，处理也相对麻烦。这种情况的处理方法为：逐条对10kV馈线线路进行试拉，且试拉后不再恢复送电，直至失地消失为止（最后一条线路即为故障线路之一），然后再将之前所拉线路逐条试送，若失地再次出现，则试送线路即为其它同时失地的线路。这种方法可以找到故障线路，但会造成多条线路的短时停电，某些线路会二次停电，对供电可靠性有一定影响。

2.3 线路断线

在外力破坏、台风、雷雨等恶劣天气时，容易发生线路断线造成三相电压不平衡，PT开口电压会增大，发出失地信号。此时三相电压为一相升高、两相降低、或者一相降低、两相升高。断线的长度与电压的变化幅度成正比，母线离断线处越远，电压越低，母线离断线处越近，电压越高。当断线发生在线路末端时，电压变化幅度很小，甚至没变化。此外，发生线路断线时，还会导致配变缺相。线路断线的处理方法一般也是采用“试拉法”来判断断线线路。

2.4 PT高压熔丝熔断

当PT高压熔丝熔断时，由于熔丝熔断发生在PT高压侧，低压侧会有感应电压，熔断相电压降低，不为零，其他两相电压正常或稍微降低。PT低压侧将出现零序电压，其值通常大于接地信号限值，发出失地信号。

2.5 PT低压熔丝熔断

当PT低压熔丝熔断时，由于熔丝熔断发生在低压侧，没有感应电压，只有某一个绕组的电压受到影响，PT低压熔丝熔断相电压为零，一次系统三相电压仍平衡，零序电压值不变，不会发出失地信号。

2.6 系统铁磁谐振

当系统发生铁磁谐振时，其电压一般表现为为一相、两相甚至三相对地电压升高。若出现电压异常升高，没有任何一相电压降低，应考虑为铁磁谐振，此时可将并列运行的母线进行系统解列，断开某条线路（空载线路优先）等方法来改变系统参数，破坏谐振条件。

2.7 其他故障分析

对于由于互感器接线错误、三相负载不对称、PT三相伏安特性不一致等造成的二次回路电压异常，一般会在新设备投运时候得到反映。在变电站新设备启动送电有这些情况发生时，应逐步排查，直至正常。

3 结束语

由以上分析可以看出，造成小电流接地系统三相电压不平衡的原因很多，又有相似之处。调度员应掌握电压不平衡的各种现象、产生机理和处理方法，结合各类信号，做到思路清晰、分析判断准确，及时处理电网的各种异常及事故，保证电网的安全稳定运行。

参考文献：

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[2]张宝会，尹项根.电力系统继电保护[M].北京：中国电力出版社，1988.

[3]刘介才.工厂供电[M].北京：机械工业出版社，2010.