中性点不接地系统电压不平衡的几种现象分析

中性点不接地系统电压不平衡的几种现象分析

1 前言

在变电站运行值班中，对于中性点不接地系统值班员常会遇到一些电压表输出不平衡的情况。若我们对这方面认识不足，往往会因为查找时间过长而耽误送电，因电压不平衡而误认为接地情况者，找不到问题之所在，却做许多无用功；另一方面也可能因为未能及时找到接地点，而引起扩大事故。所以，就这个问题有必要进行一些分析探讨。

2 一般情况下电压不平衡的分析

2.1中性点不接地系统电压不平衡，可能是由于保险烧断而造成，即高压保险熔断，熔断相电压降低，但不为零。由于PT还会有一定的感应电压，所以其电压并不为零而其余两相为正常电压，其向量角为120。，同时由于断相造成三相电压不平衡，故开口三角形处也会产生不平衡电压，即有零序电压，例如：C相高压保险烧断，矢量合成结果见图1，零序电压大约为33V左右，故能起动接地装置，发出接地信号。

变电站低压保险熔断时，与高压保险之不同在于：一次三相电压仍平衡，故开口三角形没有电压，因而不会发出接地信号，其它现象均同高压保险熔断的情况。

2.2当线路或带电设备上某点发生金属性接地时(如A相)，接地相与

大地同电位，两正常相的对地电压数值上升为线电压，产生严重的中性点位移。中性点位移电压的方向与接地相电压在同一直线上，

与接地相电压方向相反，大小相等，如图2。

图1 C相断相时电压向量图

图2 A相接地时电压向量图

特别值得注意的是我们所说的接地并不单指线路接地，当线路拉路检查后仍未能消除接地故障，则应怀疑到本站设备有接地，例如避雷器、电压互感器、甚至变压器接地。由于没有充分重视接地问题，未按规程执行(接地两小时仍未消除则要停下主变压器)，曾使我局长塘变电站主变压器烧毁。

2.3综合以上三种情况，可归纳中性点不接地系统电压表所反映不平衡电压时的故障区别如表1。

表1 中性点不接地系统故障判别表

故障性

质

相别有无接

地信号

A B C

C相接地线电压线电压0 有

C相高压

保险熔

断

相电压相电压降低很多有

C相低压

保险熔

断

相电压相电压降低很多无

3 4PT电压不平衡输出分析

3.1拉堡变10kVPT由原来JDZJ型电压互感器改为：将其一、二次中性点由原直接接地改为串联一台JDJ型电压互感器(T2)的一次绕组接地，通常我们称为4PT，正确接线如图3所示。

图3 4PT正确接线图

此种接线的目的是为了防止系统发生单相接地或其它原因使电

压互感器铁芯饱合，引起谐振过电压，保险易熔断。在改为径4PT接地前4个月时间里，10kVPT共烧断三次，共9根保险；而改接后一直未烧过保险。

3.2正常情况下，电压互感器二次侧a-o，b-o，c-o分别接入相对地绝缘监视电压表，零序电压断电器接在t2互感器二次侧X′-O间。采用这种接线，正常情况下，T1互感器只反映正序电压a、b、c，(电压向量图见图4)，三相电压大小相等，相位差120°，中性点电位为零，也就是U x’＝0。而A相金属性接地时，向量图如图5所示，即：U x’＝U o＝U a，此时零序继电器YJ两端有电压，即可发出接地信号，而b相电压表反映的数值应为V b＝U b＋U x＝U ab＝U b，即等于线电压，C相电压表V c＝U c＋U x＝U ac＝U c也等于线电压。

图4 正常情况下4PT电压向量图

图5 A相接地时4PT电压向量图

4 4PT接线错误引起电压表错误反映分析

拉堡变改为径4PT接地后，其接地时所反映的则不同于上述所分析，其三相电压仍平衡，且为三相相电压。故障所表现的现象：“10kV 接地”光字牌亮，不能复归，但10kV三相绝缘监视电压表平衡且均为6kV，值班员测量二次电压，PT开口三角处为51V，U a＝20V，U b＝100V，U c＝100V，与调度联系拉路检查，检查出堡65线路接地。针对这种电压表不能反映接地情况的怪现象，查找原因，发现了问题所在：造成这种表计错误反映的原因是二次接错线，如图6所示。其三相电压表分别接在互感器二次的a-x’，b-x’，c-x’上，那么正常情况下，中性点x’由于三相电压平衡而等于零，故三相电压表为相电压，向量图见图7。而当发生接地时，如A相金属性接地时，其电压反映就不正确了，那么B相电压表为b-x’的电压，因为U x’＝－U a，即V b’＝bx’＝b－x’＝相电压，V c’＝cx’＝c－x’＝相电压，向量图如图8。故三相电压表仍平衡，且均为相电压，而此时能发出接地信号，因为接地信号继电器接在t2线圈上，取代以往接在开口三角形处，而U x有50V左右的零序电压，线圈两端因有电压而动作，故能发出接地信号，但却不能在三相电压表中反映出来，且接地未消除前接地信号不能复归。由此可见，在改为4PT接地时，应保证接线准确无误，以免造成三相电压表误指示。

图6 4PT错误接线图

图7 不接地时4PT电压向量图

图8 A相接地时4PT电压向量图

5 电压互感器中性点击穿保险击穿后出现的不平衡电压分析

采用三相五柱电压互感器构成绝缘监视装置，如图9所示。一次系统一相接地时，接于接地相的电压互感器高压绕组被短路，对于该相的二次绕组输出电压等于零，开口三角绕组有不平衡电压输出，接地继电器XJJ励磁，绝缘监视装置发出一次系统接地信号。一般情况下，这套装置能准确的发现一次系统接地故障和判别发生故障的相

别。但是这种绝缘监视装置有时也会发出错误的信号，并会造成一次系统接地假象。例如屯秋变就发生了这种现象，屯秋变报6kV母线接地，U

3.2kV，U b＝0，U c＝3.2kV，依次拉开各条出线开关接地未消除，a＝

再将所有出线全部拉开，接地也消除。检查PT，发现B相高低压保险均熔断。更换好PT保险后，A相电压为6.4kV,B相为0，C相为6.4kV，再次检查保险完好，怀疑变压器等设备接地，退出主变运行，然后用摇表测绝缘情况：变压器、PT、站变等均无问题，为什么会出现这种现象，经过对PT进行仔细检查分析，终于找到问题之所在，分析如下：

从图9可看出，PT二次接线的特点是：采用B相接地方式，而中性点是经地一个击穿保险JRD接地。从故障经过可看出：①第一次电压不平衡(U b＝0，而其余两相并不升高)，既不象接地现象，也不象高压保险熔断现象，因为若高压保险熔断，B相应有一定的感应电压，只能是高、低压保险均熔断才会是这样，检查果然如此；②保险换好后，三相电压变为U a＝6.4kV，U b＝0，U c＝6.4kV，又变为典型的接地现象，然而所有出线已拉开，用摇表摇测变压器，6kV母线及PT本身均未发现有接地。之所以会出现这种现象，是因为中性点击穿保险击穿，使得二次绕组b相单相短路。由于二次回路单相短路电流小，且接地的b相与地同电位，因此，b相端电压接近于零，故b相输出为零；由于一次系统是中性点不接地系统，电压互感器一次绕组虽然中性点接地，但没有零序电流流通，因此，二次绕组的零序电流便在铁芯中激励起零序磁通，零序磁通感应一个零序电势

ko,使得原来对称的三相电压a、b、c变成不对称的三相电压′a、′b、′c，即A、C相电压升为线电压，B相为零，电压向量图如图10所示。当取下JRD后，中性点接地即消除，电压恢复平衡。

图9 三相五柱电压互感器接线图

图10 中性点穿保险JRD击穿时的电压向量图

6 结论

由上述几种分析可看出，设备运行过程中，应分析各种电压不平衡情况，做到分析判断准确，处理及时，才能保证设备的安全运行。在改接线过程中，应注意接线正确，否则将会使运行人员误判断

；对接地不消失的情况，运行人员应引起充分注意，否则会误认为误发信号而造成误判断而延误了故障排除。

摘要：电压不平衡是电力系统常见的一种现象，单相间歇、直接接地，线路断线，母线PT熔丝熔断，谐振过电压等故障的发生均会造成电压不平衡现象的发生。但故障反映表征的多样性给值班调度员明确判断电太不平衡原因带来了一定的困难，分别就接地、线路断线、PT熔丝熔断、谐振过电压等常见故障情况的不同表征详细进行归类分析，供调系统运行人员交流。

关键词：电力系统；电弧过电压；谐振

引言

在35KV及以下中性点不接地系统中，当发生单相接地后，允许维持一定的时间，一般为2h不至于引起用户断电。但随着中低压电网的扩大，中低压架空导线及电缆出线回路数增多、线路增长，中低压电网对地电容电流亦大幅度增加，当发生单相接地时，接地电弧不能自动熄灭而产生电弧过电压，一般为3~5倍相电压甚至更高，致使电网中绝缘薄弱的地方放电击穿，最终发展为相间短路造成设备损坏和停电事故。最近从本地区电网发生的电压不平衡来看，电压异常波动基本发生在因天气刮风或设备原因造成的某处单相间歇或直接接地或断线时，为了使调度员在系统发生电压波动时能够明确区分故障类型，及时处理故障，保障电网安全运行，下面分别就接地、线路断线、PT熔丝熔断、谐振过电压等故障情况的不同表征详细进行归类分析，以供交流。

1 接地故障

一相金属接地时，相电压特征是一相电压为零，其他两相电压升高至线电压。结果判断为：一相金属性接地后正常的电压变化，电压为零相是接地相。一相非金属（经过渡电阻）接地时，相电压特征是一相（或两相）电压低，但不为零；另两相（或一相）电压高，近似线电压，随着过渡电阻的变化，各相电压发生较大幅度的波动，有时超过线电压。非接地的两相电压一般不相等。结果判断为：随着电阻变化，产生电压波动时带有接地过电压，这种情况往往是最高电压相的下一相（按正相序排列）为接地故障相。由断路器送电发出接地信号时，相电压特征是三相电压瞬间波动，瞬间发接地信号。电压瞬间变化情况和一相断相或两相断相的电压情况相同。结果判断为：由于断路器三相接触不同期而造成的三相线路不能同时带电，使中性点产生位移。

2 线路断线

一相断相时，如一相线路断线或线路跌落断路器掉闸时，相电压特征是三相电压不平衡，有时发出接地信号。断线相电压和中性点电压升高，非断线两相电压相等且降低，供电功率减少。结果判断为：三相对地电容电流不对称，通过非断相的两相电压相等和供电功率明显减少这两个特点，来区别接地故障和线路断相故障。两相断相，如两相线路断线或线路跌落熔断器两相掉闸时，相电压特征是三相电压不平衡，有时发出接地信号。非断线相电压降低，断线两相电压升高，当两相断线较长时，中性点电压也会使交流监视装置发出接地信号。供电功率明显减少。结果判断为：由于三相对地电容电流不对称造成。这种两相断相的电压情况与金属性接地的电压情况相同。

3 单相接地与断线的区别

单相接地虽引起三相电压不平衡，但线电压值不改变。单相接地又分为金属性接地和非金属性接地两种。金属性接地接地相电压为零，其他两相电压升高1.732倍；非金属性接地接地相电压不为零，而是降低为某一数值，其他两相升高不到1.732倍。断线

不但引起三相电压不平衡，也引起线电压值改变。上一电压等级线路一相断线时，下一电压等级的电压表现为三个相电压都降低，其中一相较低，另两相较高但接近；本级线路断线时，断线相电压为零，未断线相电压仍为相电压。

4 母线PT熔丝熔断

PT一相一次熔丝熔断时，电压特征为一相电压大幅度降低，其他两相电压有不同程度的降低。PT一相二次熔丝熔断时，现象为中央信号警铃响，打出“电压互感器断线”光字牌，一相电压为零，另外两相电压正常。

5 谐振过电压

谐振引起的三相电压不平衡有两种：一种是基频谐振，特征类似于单相接地，即一相电压降低，另两相电压升高；另一种是分频谐振或高频谐振，特征是三相电压同时升高。当相电压特征是一相电压低，但不为零，两相电压升高，超过线电压，表针打到头；或两相电压低但不为零，一相电压高，表针打到表头。结果判断为：有基波谐振，产生谐振过电压，电压最低相为接地相。当相电压特征是三相电压依次轮流升高，并超过线电压（不超过两倍相电压），表针打到头，三相电压表指针在相同范围内低频摆动。结果判断为：有分频谐振，产生谐振过电压。

结语

当电网电压发生波动时，调度员应先根据电压波动的规律判断故障类型。当只带电压互感器的空载母线产生电压互感器基波谐振时，需要立即投入一个备用设备，改变网络参数，消除谐振。由于分频谐振多是由于发生单相接地激发，所以在排除基波谐振的可能后，调度员应按照常规原则进行线路的接地选拉，找出接地或断线的故障相，断开故障线路。如电压仍然波动异常，则调度员应立即解列并网小电厂，调整运行方式，分隔故障范围，破坏谐振条件，消除谐振过电压后，待电压正常后再行恢复电厂并网及正常运行方式。

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