中性點不接地系統(tǒng)單相斷線故障判別與防治

袁士超，陳東海，譚 智，彭 亮，朱 耿

(國網浙江省電力有限公司寧波供電公司，浙江 寧波 315010)

0 引言

電力系統(tǒng)按中性點接地方式分為中性點接地和不接地兩種。目前，我國110 kV及以上系統(tǒng)一般采用中性點直接接地，3～60 kV系統(tǒng)采用中性點不直接接地方式。

中性點不接地系統(tǒng)電壓等級低，呈現網絡線路分支多、分布面廣、各類故障出現頻率高等特點。其中，單相斷線故障隱蔽性強、容易忽視。該故障會導致單相用戶停電或電壓偏低，三相動力用戶電機跳停、運行異常甚至燒毀等問題，嚴重影響用戶電能質量。

以浙江某地區(qū)35 kV中性點不接地系統(tǒng)出線單相斷線故障為例，從原理上對該類故障現象的形成原因進行分析，并提出相應的防治建議。

1 故障概述

某35 kV中性點不接地系統(tǒng)某35 kV出線Z線路單供Z用戶變，如圖1所示。

圖1 某35 kV中性點不接地系統(tǒng)

35 kV母線D相電壓一般在19.60～21.62 kV波動。某日，該母線D相電壓變?yōu)閁A=19.7 kV，UB=25.7 kV，UC=18.5 kV，超出正常波動范圍。當拉開1DL開關后，相電壓恢復正常，合上1DL開關后電壓仍舊異常。巡線后發(fā)現電壓異常由35 kV Z線路32號桿B相斷線引起，線路經停電處理后恢復送電時，系統(tǒng)側電壓恢復正常。

2 中性點不接地單相斷線故障分析

中性點不接地系統(tǒng)電網等效電路如圖2所示。

圖2 中性點不接地系統(tǒng)的電網等效電路

在通常情況下，YΨ(Ψ=A，B，C)中的電容電納jωCΨ遠大于泄漏電導1/RΨ，計算時可忽略處理。式(3)可進一步簡化為：

系統(tǒng)正常運行時，網架三相參數對稱，負荷側有電能質量要求，負載常態(tài)下呈平衡狀態(tài)，則斷線故障后系統(tǒng)B相對地電容減小，以極端情況為例，假設系統(tǒng)僅一條出線，該線路出口處B相斷線后CB=0，則：

此時，電壓相量關系如圖3所示。

圖3 B相斷線后系統(tǒng)側三相電壓相量關系

35 kV不 接 地 系 統(tǒng) 實 際EΨ(Ψ=A，B，C)=21 kV，上述系統(tǒng)唯一出線Z線路中間偏負荷側的32號桿處斷線，取CB=0.5CA=0.5CC，可得：

母線對地電壓為：

與實際故障母線電壓UA=19.7 kV，UB=25.7 kV，UC=18.5 kV基本一致。

3 中性點不接地單相斷線故障判別

單相斷線故障現象比較隱蔽，尤其斷線后線路對地電容變化較小時，電源側不易發(fā)現。以下基于故障情況下電源側和負荷側的異常電壓分析，提出單相斷線故障故障快速判別方法。

3.1 電源側母線異常電壓分析

由上式(2)推導得出式(4)，即正常運行時不接地系統(tǒng)中性點對地電壓假設B相斷線，進一步拓展上述案例中的斷線情況，取值k(0≤k<1，其中k=0對應系統(tǒng)唯一出線電源側出口斷線的極端情況)為斷線后B相剩余線路對地電容與未斷線時線路對地電容之比，可得到：

因此，根據斷線對斷線相別線路對地電容影響程度，其變化為0≤k<1時，電源側斷線相的相電壓升高，但不超過線電壓，非斷線相的相電壓略降低，得到各種故障快速判別數據(見表1)。

表1 中性點不接地單相斷線電源側母線電壓 p.u.

此外，條件允許情況下，可以短時拉合該出線開關，通過電壓短時恢復進一步驗證斷線結論。如系統(tǒng)僅為單條出線時，還可通過電源側電壓計算得到k值，配合線路長度，估算斷線點位置，有助于加快后續(xù)線路故障點查找和處置速度。

3.2 負荷側母線異常電壓分析

3.2.1 負荷側Y/D11變壓器進線斷線分析

圖4 中性點不接地B相斷線電壓相量關系

根據對稱分量法，將A相與C相正序電壓和負序電壓畫入相量圖可得到高壓側三相電壓相量關系如圖5所示，其中：

圖5 高壓側電壓相量關系

由于變壓器接線為YD11接線，而且變壓器中性點不接地，因此不存在零序分量；在正序電壓作用下，低壓側正序電壓超前高壓側正序電壓30°；在負序電壓作用下，低壓側負序電壓滯后高壓側負序電壓30°。

根據對應關系可以得到低壓側電壓相量關系如圖6所示。

圖6 低壓側電壓相量相關系

當高壓側發(fā)生B相斷線時，負荷側低壓母線上a，b相電壓相等，均為為a相電壓的2倍，ab線電壓為0，bc，ca線電壓幅值為a，b相電壓3倍，綜合各相斷線情況和斷線后負荷側和低壓側各電壓，得到標幺值故障快速判別依據(見表2)。

表2 單相斷線Y/D11變壓器低壓側母線電壓 p.u.

3.2.2 負荷側Y/Y0變壓器進線斷線分析

根據上述分析方法，Y/Y0接線高、低壓側無相位變化，根據圖5可得到用戶為Y/Y0變壓器時的低壓側母線電壓情況，結合各項參數，得到故障快速判別依據(見表3)。

表3 單相斷線Y/Y0變壓器低壓側母線電壓 p.u.

4 線路斷線故障防治

4.1 線路斷線原因

(1) 外力引起斷線。主要包括：吊機、車輛碰線、違章施工碰線、異物碰導線、盜竊及火災。

(2) 雷擊引起斷線。主要包括：雷電流的熱效應、雷電流的沖擊效應、高溫下架空地線的張力作用，以及設計規(guī)程和設計考慮欠妥。

4.2 線路斷線防治

(1) 加大宣傳力度，營造保電輿論氛圍；爭取政府相關職能部門的配合與支持；開發(fā)新科技防盜產品；建立舉報、獎勵制度等。

(2) 吊車違章操作是斷線故障的重要誘因，也是斷線防治的重點，要求操作人員嚴格按照操作規(guī)程進行現場吊車操作，派專人監(jiān)護吊車吊臂的動作及運轉，防止吊車操作中觸碰電線，造成斷線事故。

(3) 日常巡線過程中，要加強關注電線相間搭接的異物，發(fā)現并及時清理，以防異物短路。

(4) 制定輸電線路的防雷方式時，要綜合考慮線路的重要程度、系統(tǒng)運行方式、經過地區(qū)雷電活動的強弱、地形地貌特征、土壤電阻率等條件。

5 結束語

通過分析可知，中性點不接地系統(tǒng)斷線故障引起的斷線相對地電壓升高主要原因是斷線造成系統(tǒng)中各相對地電容變化導致變壓器中性點偏移，分析結果與實際情況相符。單相斷線的故障快速判別方法和防治建議，為今后調度和運維人員準確判斷、及時處理和有效防治該類故障提供了參考。