分析中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電壓不平衡的原因

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電壓不平衡的情況。電壓不平衡的現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因很多，以致運(yùn)維人員難以判斷，如不能判斷錯(cuò)誤，必然會(huì)影響設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，甚至擴(kuò)大事故。以下就電壓不平衡的原因進(jìn)行分析探討。

一、電壓不平衡的常見(jiàn)的現(xiàn)象及原因

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的電壓不平衡的原因有多種，最常見(jiàn)的有高低側(cè)斷線(xiàn)(保險(xiǎn)熔斷)、一次系統(tǒng)接地，也有一些特殊的原因，如三相負(fù)荷不平衡，中性點(diǎn)安裝的消弧裝置故障引起。

1.高壓側(cè)斷線(xiàn)(保險(xiǎn)熔斷)造成三相電壓不平衡

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電壓不平衡，可能是由于高壓側(cè)斷線(xiàn)(保險(xiǎn)熔斷)造成，由于PT還會(huì)有一定的感應(yīng)電壓，熔斷相電壓降低，但不為零，其余兩相為正常電壓，三相兩兩向量角差為120。，因斷相造成三相電壓不平衡，開(kāi)口三角形處也會(huì)產(chǎn)生不平衡電壓，輸出零序電壓。例如：A相高壓保險(xiǎn)燒斷，矢量合成結(jié)果見(jiàn)圖1，零序電壓大約為33V左右，故能起動(dòng)接地裝置，發(fā)出接地信號(hào)。

2.　低壓二次斷線(xiàn)(保險(xiǎn)熔斷)造成三相電壓不平衡

變電站低壓二次斷線(xiàn)(保險(xiǎn)熔斷)時(shí)，熔斷相電壓降低，但不為零，其余兩相為正常電壓，三相兩兩向量角差為120。，但因一次三相電壓平衡，開(kāi)口三角形不會(huì)產(chǎn)生不平衡電壓，不會(huì)發(fā)出接地信號(hào)，這點(diǎn)可以作為判斷電壓互感器高壓或低壓保險(xiǎn)熔斷的重要判據(jù)。

3.發(fā)生金屬性接地時(shí)造成三相電壓不平衡

當(dāng)線(xiàn)路或帶電設(shè)備上某點(diǎn)發(fā)生金屬性接地時(shí)(如A相)，接地相與大地同電位，其它兩正常相(B、C相)的對(duì)地電壓數(shù)值上升為線(xiàn)電壓，產(chǎn)生嚴(yán)重的中性點(diǎn)位移。中性點(diǎn)位移電壓的方向與接地相電壓在同一直線(xiàn)上，與接地相電壓方向相反，大小相等，如圖3。

因發(fā)生金屬性接地并不僅僅限于輸電線(xiàn)路，還應(yīng)包含變電站的一次運(yùn)行設(shè)備，當(dāng)線(xiàn)路拉路檢查完仍未能消除接地故障，則應(yīng)懷疑到本變電站設(shè)備有接地，例如避雷器、電壓互感器、甚至變壓器接地。同時(shí)金屬性接地也存在兩條出線(xiàn)同時(shí)存在不同相金屬性接地的情況，也為運(yùn)維人員查找接地故障帶來(lái)困難。

4.三相負(fù)荷的不對(duì)稱(chēng)造成三相電壓的平衡。

三相負(fù)荷的不對(duì)稱(chēng)也會(huì)造成三相電壓的平衡現(xiàn)象，較多出現(xiàn)在一些比較薄弱的區(qū)域電網(wǎng)。而造成三相負(fù)荷的不對(duì)稱(chēng)的原因可能是以下幾個(gè)：

(1) 出線(xiàn)回路缺相運(yùn)行，這對(duì)電壓影響較大。配網(wǎng)線(xiàn)路長(zhǎng)，某分支回路的一相跌落熔斷器熔斷，若該分支負(fù)荷較大，故障相甩負(fù)荷后電壓升高，非故障相電壓有一定的降低。若分支負(fù)荷小，線(xiàn)路呈容性，或者是小電源上網(wǎng)專(zhuān)線(xiàn)，故障相電壓降低，非故障相電壓較故障相電壓高，這就造成電壓三相不平衡。

(2) 有些大用戶(hù)的進(jìn)出線(xiàn)及配變高壓側(cè)發(fā)生跌落熔斷器一相熔斷或斷線(xiàn)，也會(huì)造成電壓不平衡。缺相運(yùn)行的變壓器有異常響聲，故障相電流為0。

(3)線(xiàn)路參數(shù)不平衡、線(xiàn)路換位不完善、三相負(fù)荷分配不對(duì)稱(chēng)，也會(huì)造成電壓不平衡。

5. 經(jīng)消弧裝置接地造成電壓不平衡故障。

一些變電站安裝了消弧裝置可能會(huì)引起母線(xiàn)電壓不平衡，主要是某些消弧裝置為了取得中性點(diǎn)電壓，特意將電壓設(shè)成不平衡，但一般在合格范圍，不會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行。也有的是因?yàn)橄⊙b置故障造成電壓不平衡，以下舉一案例詳細(xì)說(shuō)明。

佛山局110kV小塘變電站裝有三套消弧線(xiàn)圈裝置，其中二號(hào)消弧線(xiàn)圈型號(hào)為： XHDC-750 20-120A 25檔等差。當(dāng)二號(hào)消弧線(xiàn)圈單獨(dú)運(yùn)行時(shí)10kV母線(xiàn)偶爾有三相電壓不平衡現(xiàn)象(達(dá)1kV), 此時(shí)如果切除二號(hào)消弧線(xiàn)圈，10kV母線(xiàn)三相電壓不平衡現(xiàn)象消失;若一號(hào)、二號(hào)消弧線(xiàn)圈并列運(yùn)行，10kV母線(xiàn)三相電壓平衡。

二、原因分析

從二號(hào)消弧線(xiàn)圈單獨(dú)運(yùn)行出現(xiàn)10kV母線(xiàn)三相電壓不平衡現(xiàn)象，切除二號(hào)消弧線(xiàn)圈后10kV母線(xiàn)三相電壓不平衡現(xiàn)象消失的情況來(lái)看，故障產(chǎn)生肯定與二號(hào)消弧線(xiàn)圈裝置有關(guān)，究其原因有以下幾種可能：

①系統(tǒng)對(duì)地電容不對(duì)稱(chēng)。如果屬于該原因造成，則這種不平衡一開(kāi)始就將產(chǎn)生，在不改變線(xiàn)路運(yùn)行狀態(tài)的情況下，不對(duì)稱(chēng)產(chǎn)生的不平衡將不會(huì)改變(一般情況下不對(duì)稱(chēng)電壓較低)，因此該故障原因不成立。

②接地變故障。如果接地變局部線(xiàn)圈出現(xiàn)絕緣不良，三相電壓也會(huì)造成不平衡，但是這種不平衡是不可恢復(fù)的，不可能有平衡的時(shí)候，因此接地變故障的可能性被排除。

③零序回路阻尼不夠，造成零序回路出現(xiàn)諧振過(guò)電壓。由于系統(tǒng)零序回路等效電路如下：

由于消弧線(xiàn)圈平時(shí)處于預(yù)調(diào)諧狀態(tài)，即系統(tǒng)容抗基本上等于感抗，位移電壓主要靠阻尼電阻限制，如果阻尼電阻很小或者為零，位移電壓將很大，造成系統(tǒng)三相不平衡，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)諧振過(guò)電壓。由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)設(shè)置的脫諧度不為零，系統(tǒng)運(yùn)行在過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)，另外系統(tǒng)還存在一定的固有阻尼(例如接地變有4歐左右)，因此即使阻尼電阻為零，系統(tǒng)三相不平衡現(xiàn)象出現(xiàn)，但不一定造成真正意義上的諧振。從運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)看，系統(tǒng)出現(xiàn)不平衡電壓1kV，是上述原因造成。

從阻尼電阻保護(hù)方式來(lái)看，此種消弧裝置采用無(wú)源觸發(fā)、雙重可控硅保護(hù)方式，兩級(jí)可控硅保護(hù)整定值有所不同，單相接地發(fā)生時(shí)，阻尼電阻兩端電壓升高，達(dá)到一定值時(shí)，第一級(jí)可控硅觸發(fā)，阻尼電阻被短接，保護(hù)了阻尼電阻，如果第一級(jí)保護(hù)出現(xiàn)故障，第二級(jí)可控硅保護(hù)動(dòng)作，這時(shí)阻尼電阻仍然得到保護(hù)，但是這時(shí)串在阻尼電阻下端的CT沒(méi)有電流流過(guò)，系統(tǒng)可以知道第一級(jí)可控硅保護(hù)出現(xiàn)故障，可以防范于未然。另外保護(hù)不需要交流電源或者直流電源，即使阻尼電阻出現(xiàn)故障，不會(huì)造成重大事故。