油网35kV变电站电压异常现象分析比较探讨

　　1 引言

　　中性点不接地和经消弧线圈接地的系统称小电流接地系统。目前油田35kV变电站均采用小电流接地运行方式。35kV变电站电压异常情况较多，如何准确的分析判断，对提高运行水平至关重要。

　　2 系统单相接地时电压变化情况

　　2．1 金属性接地

　　单相金属性接地时，接地相对地电压为零，非接地相对地电压升高为线电压，且线电压保持对称。

　　2．2 经过渡电阻接地

　　中性点不接地系统任何一相，例如c相经过渡电阻R接地时的电网接线如图1所示。

　　正常运行时，三相系统完全对称，电源电势分别为Ea=E∠00、Eb=a2Ea、Ec=aEa。各相导线对地的电容用集中电容Ca、Cb、Cc代替，且数值均为C。每相的对地导纳为Ya、Yb、Yc等于jωC。各相对地电压分别为Ua、Ub、Uc,系统中性点对地电压为UNN’。

　　当C相经过渡电阻R接地时，Yc’=+jωC根据弥尔曼定理中性点对地电压

　　  UNN’=－＝－＝－

　　由KVL得各相对地电压：Ua=Ea+ UNN’， Ub=Eb+ UNN’， Uc=Ec+ UNN’。当R（0~∞）时，即电网经任意数值过渡电阻单相接地时，将不同的R值代入上面公式，计算出各相对地电压及电网中性点对地电压的变化如图2所示。通过该图可以得出如下结论：

　　1）R趋向∞时，各相对地绝缘良好，对应于电网正常运行状态

　　2）R＝0时，对应于金属性接地（又称接地接死）。接地相对地电压为零，非接地相对地电压升高为线电压。

　　3）R大于0小于∞时，各相对地电压由系统对地电容及过渡电阻大小决定。非故障相对地电压最高可达1.82倍相电压，最低达0.823倍相电压。同时，对地电压最高相的下一相，一定是接地相。这一点无论是高阻接地还是低阻接地均适用，而对地电压最低相是接地相的结论仅适用于低阻接地的情况。

　　3 电压互感器熔断器熔断

　　在小电流接地系统中，电压互感器一、二次侧都是通过熔断器和系统及负载连接的，在日常运行过程中会发生熔断器熔断现象，就这种情况进行分析。

　　3．1 PT熔断器熔断与系统单相接地现象对比

　　表1 6kV系统单相接地和PT熔断器熔断现象对照表

　　通过对照表可以得出以下结论：

　　1）系统接地时对通过母联并列运行的I、II段母线电压均有影响，且三相电压均有变化

　　2）PT高压熔断器熔断时，会发出接地信号，但只影响PT所在段故障相电压

　　3）PT低压熔断器熔断时，不发接地信号，只影响PT所在段故障相电压

　　3．2 单相接地与PT熔断器熔断同时发生的故障判断

　　实际运行中，时常会发生系统接地与PT熔断器熔断故障同时发生的情况，对于这种情况应该根据母线电压、光字牌指示进行综合判断，必要时在调度安排下进行相应操作，具体确定故障情况。例如：35kV变电站中6kV母联在合位，出现电压异常，I段电压表指示Ua=6kV，Ub＝0kV，Uc＝2kV，II段电压指示Ua=6kV，Ub＝0kV，Uc＝6kV。通过与表1进行对比，可以判定系统B相接地，同时I段PT的C相熔断器熔断。要进一步判断故障范围时，需进行相应操作。

　　3．3 综合自动化变电站对PT断线的判断

　　二首变PM1000变电站综合自动化系统中，它的PT断线判别依据是：当外接3Uo低于20V，并且计算3Uo大于20V时，装置发PT断线报警。其中外接3Uo取自PT开口三角形电压；计算3Uo＝|Ua＋Ub＋Uc|，通过采集到的三相电压，由计算机根据公式计算出零序电压。此判据只对PT低压熔断器熔断有效，高压熔断器熔断时发“零序过电压”信号。

　　滨四变ISA变电站综合自动化系统中PT断线检查采用线电压下降和负序电压上升判据，两者的动作/返回值取70V/80V，和10V/7V，延时9S告警。当3Uo大于50V时延时9S发接地告警，小于30V时返回。在说明书中没有给出具体的理论依据。

　　4 油网6kV与地方10kV线路单相碰线时的电压分析

　　随着城市的发展和农网改造的进行，油田6kV线路和地方10kV线路出现交叉跨越的情况，并且有逐渐增多的趋势。在运行中，交叉跨越的上层线路因弧垂下降等原因碰到下层线路，就会发生涉及两个不同电压等级电网的事故。在小电流接地系统中，如果发生的是单相碰线，则只会发出异常信号，线路不会跳闸。就这种情况下的电压分布进行分析，希望能够对实际运行有所帮助。

　　4．1 对应相单相碰线电压分析

　　假设两个系统A相碰线，电路图如图3所示。在A相与地之间接入虚拟阻抗Z，则有两个系统的A相电压等于虚拟阻抗上的压降，即：Ua1=Ua2=Uz=Ua （1）；

　　系统1中性点和B、C相电压分别为：UN1=Ua－Ea1，Ub1= UN1＋Eb1，UC1= UN1＋EC1（2）；

　　系统2中性点和B、C相电压分别为：UN2=Ua－Ea2，Ub2= UN2＋Eb2，UC2= UN2＋EC2（3）；

　　两个系统对地电容对称，为C1，C2，各相对地电流可根据公式IC相＝jωCU相（4）求出；

　　流经虚拟阻抗Z的电流IZ＝Ua/Z,，根据KCL定理有IZ+IC1A+IC1B+IC1C+IC2A+IC2B+IC2C=0（5）将公式组（1）~（4）代入公式（5），同时取Z＝∞，得出两个系统A相碰线时A相的电压＝

　　图3 两个小电流接地系统A相碰线电路图

　　设系统1为6kV系统，系统2为10kV系统，即Ea1=6／，Ea2=10／，在Ea1 ，Ea2相位角相同的情况下，则有：Ea1＜Ua1＜Ea2，UN1=Ua1－Ea1=..Ea1

　　设K=，则UN1＝KEa1

　　参照左面相量图，根据余弦定理，Ub1=UC1=

　　=Eb1 ,其中0＜K＜1,所以

　　 Eb1＜Ub1=UC1＜1 Eb1

　　结论：在这种情况下,A相电压上升，B、C相电压略有下降。在电压变化趋势上与高阻接地相似。

　　4．2 不对应相单相碰线电压分析

　　参照图3所示系统，假设6kV（系统1）A相与10kV（系统2）B相相碰，在故障相与地之间接入阻抗值为无穷大的虚拟阻抗Z参照前面分析有：

　　＝，UN1=Ua1－Ea1=（Eb2-Ea1）=K（Eb2-Ea1）,电压相量图如图5所示。

　　|Eb2-Ea1|==EA1

　　UN1=K Ea1。又由余弦定理，求得cosφ＝11／14

　　1）A相电压分析

　　Ua1==

　　 Ea1，所以Ea1＜Ua1＜Ea1

　　2）B相电压分析

　　∠θ=∠φ+1200，cosθ=－26／２８

　　Ub1== EB1，所以Eb1＜Ub1＜3.33 Eb1

　　3）C相电压分析

　　∠α=1800－600－∠φ＝1／7

　　Uc1== EC1，所以EC1＜UC1＜2.48 EC1

　　结论：在这种情况下,A相电压略有下降或上升（与两系统对地电容的比值有关），B、C相电压均上升

　　5 小结

　　通过上述分析，运行人员在工作过程中，应对各种故障引起的电压不平衡现象正确分析，在发生异常时准确判断，以便及时处理，确保变电站安全可靠运行。