分析中性点不接地系统电压不平衡的原因

中性点不接地系统经常会出现电压不平衡的情况。电压不平衡的现象及其产生的原因很多，以致运维人员难以判断，如不能判断错误，必然会影响设备的稳定运行，甚至扩大事故。以下就电压不平衡的原因进行分析探讨。

一、电压不平衡的常见的现象及原因

中性点不接地系统的电压不平衡的原因有多种，最常见的有高低侧断线(保险熔断)、一次系统接地，也有一些特殊的原因，如三相负荷不平衡，中性点安装的消弧装置故障引起。

1.高压侧断线(保险熔断)造成三相电压不平衡

中性点不接地系统电压不平衡，可能是由于高压侧断线(保险熔断)造成，由于PT还会有一定的感应电压，熔断相电压降低，但不为零，其余两相为正常电压，三相两两向量角差为120。，因断相造成三相电压不平衡，开口三角形处也会产生不平衡电压，输出零序电压。例如：A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。

2.　低压二次断线(保险熔断)造成三相电压不平衡

变电站低压二次断线(保险熔断)时，熔断相电压降低，但不为零，其余两相为正常电压，三相两两向量角差为120。，但因一次三相电压平衡，开口三角形不会产生不平衡电压，不会发出接地信号，这点可以作为判断电压互感器高压或低压保险熔断的重要判据。

3.发生金属性接地时造成三相电压不平衡

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，其它两正常相(B、C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3。

因发生金属性接地并不仅仅限于输电线路，还应包含变电站的一次运行设备，当线路拉路检查完仍未能消除接地故障，则应怀疑到本变电站设备有接地，例如避雷器、电压互感器、甚至变压器接地。同时金属性接地也存在两条出线同时存在不同相金属性接地的情况，也为运维人员查找接地故障带来困难。

4.三相负荷的不对称造成三相电压的平衡。

三相负荷的不对称也会造成三相电压的平衡现象，较多出现在一些比较薄弱的区域电网。而造成三相负荷的不对称的原因可能是以下几个：

(1) 出线回路缺相运行，这对电压影响较大。配网线路长，某分支回路的一相跌落熔断器熔断，若该分支负荷较大，故障相甩负荷后电压升高，非故障相电压有一定的降低。若分支负荷小，线路呈容性，或者是小电源上网专线，故障相电压降低，非故障相电压较故障相电压高，这就造成电压三相不平衡。

(2) 有些大用户的进出线及配变高压侧发生跌落熔断器一相熔断或断线，也会造成电压不平衡。缺相运行的变压器有异常响声，故障相电流为0。

(3)线路参数不平衡、线路换位不完善、三相负荷分配不对称，也会造成电压不平衡。

5. 经消弧装置接地造成电压不平衡故障。

一些变电站安装了消弧装置可能会引起母线电压不平衡，主要是某些消弧装置为了取得中性点电压，特意将电压设成不平衡，但一般在合格范围，不会影响设备的正常运行。也有的是因为消弧装置故障造成电压不平衡，以下举一案例详细说明。

佛山局110kV小塘变电站装有三套消弧线圈装置，其中二号消弧线圈型号为： XHDC-750 20-120A 25档等差。当二号消弧线圈单独运行时10kV母线偶尔有三相电压不平衡现象(达1kV), 此时如果切除二号消弧线圈，10kV母线三相电压不平衡现象消失;若一号、二号消弧线圈并列运行，10kV母线三相电压平衡。

二、原因分析

从二号消弧线圈单独运行出现10kV母线三相电压不平衡现象，切除二号消弧线圈后10kV母线三相电压不平衡现象消失的情况来看，故障产生肯定与二号消弧线圈装置有关，究其原因有以下几种可能：

①系统对地电容不对称。如果属于该原因造成，则这种不平衡一开始就将产生，在不改变线路运行状态的情况下，不对称产生的不平衡将不会改变(一般情况下不对称电压较低)，因此该故障原因不成立。

②接地变故障。如果接地变局部线圈出现绝缘不良，三相电压也会造成不平衡，但是这种不平衡是不可恢复的，不可能有平衡的时候，因此接地变故障的可能性被排除。

③零序回路阻尼不够，造成零序回路出现谐振过电压。由于系统零序回路等效电路如下：

由于消弧线圈平时处于预调谐状态，即系统容抗基本上等于感抗，位移电压主要靠阻尼电阻限制，如果阻尼电阻很小或者为零，位移电压将很大，造成系统三相不平衡，严重时出现谐振过电压。由于系统运行时设置的脱谐度不为零，系统运行在过补偿状态，另外系统还存在一定的固有阻尼(例如接地变有4欧左右)，因此即使阻尼电阻为零，系统三相不平衡现象出现，但不一定造成真正意义上的谐振。从运行数据来看，系统出现不平衡电压1kV，是上述原因造成。

从阻尼电阻保护方式来看，此种消弧装置采用无源触发、双重可控硅保护方式，两级可控硅保护整定值有所不同，单相接地发生时，阻尼电阻两端电压升高，达到一定值时，第一级可控硅触发，阻尼电阻被短接，保护了阻尼电阻，如果第一级保护出现故障，第二级可控硅保护动作，这时阻尼电阻仍然得到保护，但是这时串在阻尼电阻下端的CT没有电流流过，系统可以知道第一级可控硅保护出现故障，可以防范于未然。另外保护不需要交流电源或者直流电源，即使阻尼电阻出现故障，不会造成重大事故。

从现场观测数据可知，系统出现不平衡时，中性点电流显示为零，因此可以肯定第二级可控硅被触发，由此造成系统阻尼不够，三相不平衡电压被放大。

通过将二号消弧线圈退出后进行触发实验发现，第一级可控硅实际触发电压为76V，第二级可控硅实际触发电压为70V，第二级可控硅触发电压整定值偏小，容易受外界干扰(例如操作冲击干扰等)造成误触发，从而造成三相电压不平衡，与以上理论分析一致。

两台消弧线圈并列运行时，由于系统阻尼由一号消弧线圈的阻尼电阻和二号消弧线圈的阻尼电阻共同完成，即使二号阻尼电阻被短接，一号消弧线圈阻尼电阻仍可起到阻尼作用，不会出现，与实际情况相符。

三、解决方案

加大第二级可控硅触发启动电压的整定值，增强抗干扰能力，运行实际证明，经过将第二级可控硅触发启动电压的整定值从原来的70V提高到150V后，此站10kV母线三相电压恢复平衡。

四、结论

综合以上原因分析，中性点不接地系统电压不平衡时的判断方法为：单相接地时，非接地相电压会上升到线电压，接地相电压不变，有3UO产生，绝缘监视装置会发信。PT高、低压侧断线时，非故障相电压不变，故障相电压降低很多，两者区别是高压断线时有3U0产生，而低压侧回路断线时无3U0产生，因此低压侧断线时绝缘监视装置不会发信。对于三相负荷的不对称造成电压的平衡，可以通过线路三相负荷电流判断。对于因消弧线圈或者是电压互感器本身故障引起的电压不平衡可以将其隔离后再进行判断分析。

参考文献：

继电保护/中国电力企业家协会供电分会编。北京：中国电力出版社，2001

变电所继电保护及自动控制/河南省电力工业局。北京：中国电力出版社，1995