小电流接地系统发生电压异常的判断和处理
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摘要： 电压不平衡是电力系统常见的一种现象，针对经常遇到的小电流接地系统电压异常的问题， 笔者结合现场工作经验， 分析电压异常的原因， 包括电压互感器高压熔丝熔断、低压熔丝熔断、一次系统直接接地故障、一次系统线路断线故障、谐振过电压等，按不同特征进行归类分析，供调度、值班人员交流应用。
关键词： 电力系统；小电流接地系统；电压异常
中图分类号：TM7 文献标识码：A
1概述
电力系统的中性点接地方式主要有直接接地、电抗接地、低阻接地、高阻接地、消弧线圈接地和不接地等，也统称为大电流接地系统和小电流接地系统。我国 3～66 kV 电力系统大多数采用中性点不接地或经消弧线圈 接地的方式， 即小电流接地系统。该系统发生单相接地故障时，不会破坏系统电压的对称性， 并且故障电流值较小，不影响对用户的连续供电， 系统可连续运行 1～2 h，但伴随中低压电网的不断扩大，架空导线及电缆出线增多、线路增长，对地电容电流也大幅度增加，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。
2.1 电网运行参数异常
运行参数异常主要有两种情况：一种是合空母线时产生的谐振 ，此类谐振严重的情况甚至会导致压变因过电压而爆炸，为避免这类情况的发生，一般可在合空载母线前先将母线压变转为冷备用，或者带馈线给母线送电。另一种是消弧线圈的脱谐度过低，系统的不平衡电压过大产生了虚拟接地现象，此时只要任意将一条馈线拉闸，电压异常即可消失。
2.2 系统设备故障
2.2.1 接地故障
小电流接地系统单相接地是配电系统最常见的故障， 多发生在潮湿、多雨天气。按照接地类型，又通常将小电流接地系统单相接地故障分为金属性接地和非金属性接地两类。
当系统发生金属性接地时，系统中性点与故障相电压重合， 电压一般显示为接地相电压为零， 非故障相电压则上升或接近为线电压，发"母线接地"信号。线路断线接地、瓷瓶击穿、线路避雷器击穿、电缆击穿、线路柱上断路器击穿等原因都会导致金属性接地的发生。
当系统发生非金属性接地时， 由于接地电阻的不确定性， 二次电压异常具有一定的隐蔽性， 电压一般显示为一相升高、两相降低；或者一相降低 、两相升高 ，不一定发"母线接地"信号，容易与电压互感器熔丝熔断或二次回路接线错误等故障混淆，仔细分析可发现， 这种情况下至少有一相电压超过了相电压， 这是熔丝熔断时不会出现的。
当判断为发生单相接地故障后， 当值调度员应通知值班人员详细检查所内电气设备有无明显的故障迹象。如果不能找出故障点， 再通过将母线分段运行、拉线路转变运方等方法查找故障点。
35 kV 系统馈线接地的判断和处理，可以根据其对应负荷侧变电站的电压直接确定出故障线路。对10 kV 系统而言，可先拉开母联开关 ，判断出接地故障出现在哪一段母线。然后采用"试拉法"查接地。对于馈线接地故障点的查找 ，一般采用逐渐逼近法，由负荷侧向电源侧逐一试拉 ，确定故障线段，也可以结合环网柜，通过故障电流指示灯来帮助查找故障点。
2.2.2 断线故障
线路断线可分为单相断线和两相断线。一相断相时，相电压一般显示为一相升高、两相降低 ，或一相降低 、两相升高，三相电压不平衡，有时发出接地信号，电压的变化幅度与断线的长度成正比。
两相断相时，非断线相电压降低，断线两相电压升高，三相电压不平衡， 有时发出接地信号，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。三相电压的不对称与断线长度成正比 ，还可通过馈线电流是否减少来辅助判断。
2.3 测量回路故障
2.3.1 当电压互感器高压熔丝熔断时， 受负载影响， 熔断相电压降低， 但不为零。此时， 其他两相电压应保持正常相电压或稍低 ，熔断相二次电压显著降低 ，其他两相电压应保持为正常相电压或稍低 ，由于断相出现在互感器高压侧 ，互感器低压侧会出现零序电压 ，发出"母线接地"信号。
2.3.2 当电压互感器低压熔丝熔断时，电压表现形式与高压熔丝熔断类似 ，但由于熔丝熔断发生在低压侧 ， 影响的将只是某一个绕组的电压，不会出现零序电压，因此不会发"母线接地"信号 。
此类异常可通过接地信号、母线电压、负荷侧电压来判断。如两条并列运行的母线 ，只有一条发出接地信号，电压异常，而另一条电压正常，则可判断为发 接地信号的母线压变熔丝熔断。对于35kV 系统母线电压异常，还可根据其负荷侧的变电站或用户电压是否正常进行判断 。
2.4 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；另一种是分频谐振或高频谐振。
当相电压出现一相电压低，但不为零， 两相电压升高，超过线电压，；或两相电压低但不为零，一相电压高，可判断为有基波谐振，产生谐振过电压， 电压最低相为接地相。当是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。而当相电压出现三相电压依次轮流升高， 并超过线电压（不超过两倍相电压），三相电压表指针在相同范围内低频摆动可判断为有分频谐振，产生谐振过电压。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。另外当相电压特征是三相电压同时升高，有的相超过线电压，可判断为高频过电压，但很少发生。
2.5 综合故障和特殊故障
对于综合故障， 如同相不同馈线同时接地、异相不同馈线同时不完全接地等，处理方法会相对特殊。如同杆架设的双回线路， 上层一相断线并接地， 有可能碰下层线路。若是同相的， 引起两回路均接地，必须两回路停电来消除。当同相接地的 2 条线路不是同杆架设时， 容易误判为母线接地， 特别是零序过流不动作时更是如此。若馈线能形成拉手， 则将线路转由其他母线供， 看是否引起母线接地，以此来判断该线路是否接地。若没有拉手接线， 则将母线上所有馈线拉开，进而判断是否母线故障。若不是母线故障， 再逐一试送以确定故障线路。另外当有一相高压熔丝熔断及一相接地同时出现，当熔断相与接地相是同一相时， 接地熔断相升高或降低都有可能， 其余两相升高。当接地相与熔断相是异相时， 接地相为零， 熔断相可能升高， 也可能降低。
此外对于一些特殊的情况也需要特别判断， 如电压互感器三相或两相熔丝熔断和线路单相接地同时出现， 由于三相电压为零， 无法判断是否有接地， 可先按熔丝熔断进行检查处理， 若在开关室后听到母线有电晕放电声， 则说明有接地故障， 需先处理接地故障， 再处理电压互感器熔丝熔断。对由于互感器接线错误、三相负载不对称等原因造成的二次回路电压异常，在变电站送电之前应做好电压互感比角相差试验及伏安特性试验来防止此类情况发生。
结语
电压异常是小电流接地系统经常遇到的问题， 当电网电压发生波动时，运行人员应根据电压波动的规律综合判断故障类型。结合上述的情况分析，概括了日常工作中常用的判断方法，通过归纳汇总，能够更好的帮助调度、值班人员尽快确定故障性质，提高工作效率，确保电网更加平稳运行。
参考文献
[1]李润先.中压电网系统接地实用技术.中国电力出版社，2002.
[2]曹梅月，要焕年.电力系统谐振接地.中国电力出版社，2000.