（镇江供电公司 江苏镇江 212000）
摘要：近年来，随着城市市区电网“去架空线”的程度越来越高，电力电缆得到了越来越广泛的工程应用，尤其是埋地敷设电缆及穿江电缆工程得到了迅速发展。但是，电力电缆具有比架空线更显著的电容效应，较长距离的电力电缆会造成经消弧线圈接地系统（或中性点不接地系统）母线三相电压不平衡，影响母线电压质量。本文结合镇江某110kV变电站因空载过江电缆接入母线出现三相电压不平衡事件，分析了造成此现象的原因，提出了应对方法，取得了较好的经济安全效益。
关键词：10kV母线；三相不平衡；对地电容；补偿
1、事件背景
2017年7月17日上午10时，镇江110kV某变电站10kV江心674线路过江电缆铺设完毕，空载线路接入10kV母线试运行，1号消弧线圈随即接地报警，10kV母线电压异常，系统显示母线三相相电压分别为：7.2kV、4.6kV、6.8kV。运行人员立即申请断开10kV江心674线路检查，发现线路避雷器被击穿，重新投入后接地现象仍然存在。
检修人员赶赴现场后，先后对10kV母线压变、消弧线圈进行了电气绝缘及交流耐压试验，结果显示设备状况良好。因此，初步排除了因设备故障造成的误报警。随后，检修人员分别在三种不同的情况下测量了母线PT二次侧电压，测量结果见表1。
测量结果显示：
1）当切除空载线路时，母线三相电压基本平衡，开口三角电压为1.88V，符合规程要求，满足运行条件；
2）当接入空载线路，而未投入消弧线圈时，母线三相电压异常，中性点对地电压发生明显偏移，开口三角回路不平衡电压显著增大；
3）当同时投入空载线路与消弧线圈时，中性点电压偏移情况进一步加重，开口三角回路产生的不平衡电压进一步增大。
结合试验结果，检修人员初步认定，10kV母线三相电压不平衡是由于投入空载10kV江心674线路造成的，而不平衡电压的大小又与消弧线圈的投切有直接关系。
2、电压不平衡分析
在中性点不接地系统中，系统各相负载阻抗的大小和不对称情况不影响三相对地电压，而电容的容抗比漏电阻小的多，因此在分析电网三相对地电压和中性点对地电压时只考虑电网各相对地电容的影响。
中性点不接地系统由于各相对地电容不相等引起了中性点对地的位移电压，这个位移电压引起了三相电压的不对称。不平衡电压是未经消弧线圈接地系统的中性点电压（即图2中O点的开路电势），其等效电势的内阻抗是把图2中电路三相电源短路时，从O点看向线路的等值阻抗为CA//CB//CC。
线路故障中绝大部分属于单相接地，若能将故障点的瞬时性电弧熄灭，即可消除事故。为此，在35kV、10kV系统中，中性点经过消弧线圈接地得到了广泛的运用。在发生接地故障时，消弧线圈起两个作用：（1）减小故障点接地电流；（2）减缓电弧熄灭时瞬时故障点恢复电压的上升速度。其等效电路如图3。
图3中性点经消弧线圈接地系统的等效电路
图3中，L为消弧线圈，中性点经消弧线圈接地系统等效电路是一个LC串联电路。当系统接近谐振条件（XL=XC）时，回路中总阻抗最小，而电流达到最大值，消弧线圈的电压（即中性点位移电压）就很大。现场消弧线圈采用非“过补偿”方式运行，穿江空载长线路的接入极大的改变了母线分布电容，满足了谐振条件，使得中性点电位发生明显漂移。这一分析情况与表1中“带空载线路、带消弧线圈”的试验结果3U0明显增大，相符合。
若母线A、B、C三相负载平衡，三相母线电压应都为相电压，且中性点漂移电位3U0很小，这一情况与表1“不带空载线路，带消弧线圈”的试验结果，相符合。但是当“带空载线路”后，母线A、C相电压明显增大，B相电压明显减小。这说明，B相母线电容在“带空载线路”后，明显增大，而A、C相母线电容相对减小，母线三相“负载”严重不平衡。
因此，综上分析，可以得出该10kV系统在消弧线圈投入的情况下，再投入空载穿江电缆线路后，母线三相电容会发生严重不平衡的现象，进而导致母线三相电压不平衡。3、减小不平衡电压的方法
电力系统正常运行时，一般要求中性点位移电压不大于相电压的15%。因此，在消弧线圈投入的情况下，需要在回路中串联或并联阻尼电阻，或者调整消弧线圈的电感（即消弧线圈采用过补偿方式运行），使LC不能达到谐振条件。第一种方法受到许多条件的制约，在现场不宜采用。现场通常采用调整消弧线圈处于过补偿运行方式的方法，避免谐振情况的发生。
通过减小系统的不对称度，可以减小中性点不平衡电压的效果。因10kV系统在穿江空载长线路未投入的情况下，母线三相电压平衡，故只需计算出10kV江心674线路每相的对地电容，然后尝试在不平衡相补偿电容，就可缓解系统三相电压不平衡的情况。
通过表1“带空载线路，带消弧线圈”的试验结果“UA=UC≠UB”可知，10kV母线三相对地电容参数属于CA=CC≠CB的情况，不妨设CA=CC≠CB，我们用一个附加电容CO分别加到CA、CB两相时，便能计算出穿江电缆线路各相对地电容，进而找到消除线路对地电容不平衡的方法，使得母线三相电压平衡。
补偿穿江电缆长线路不平衡电容的方法有两种：1、对B相补偿电容，加装并联电抗器，以减小B相对地分布电容。2、对A、C相增加并联电容，以增大对A、C相量的电容补偿。考虑到10kV系统的运行维护情况，加装并联电抗器的方法不适合现场实际。因此，现场采用的方法是，在10kVII段母线的电容器组一上，分别在A、C相增加两只8μF的电容器。采取补偿措施后，再次投入穿江电缆长线路，母线三相电压不平衡的情况，明显改善，满足了运行的要求。
4、结论
1）对10kV江心674线路采取相应的补偿措施后，母线三相电压不平衡现象得以缓解，说明在本站系统中，确实存在因长距离空载线路各相对地电容不同造成的小电流接地系统母线三相电压不平衡，此类情况在电缆线路中同样存在，这是造成中性点电压偏移的主要因素。通过合理的补偿问题相的电容差值，可以有效地缓解此类问题，达到满足运行的要求。
2）中性点经消弧线圈接地的系统中，消弧线圈可以增大不平衡度，当消弧线圈的电感与系统电容发生串联谐振时，三相不平衡度会进一步增加，不对称电压增大。
参考文献：
[1]张振国，解决35kV母线三相不平衡电压的措施。华北电力技术，No.1，1998
[2]周丽洁，电缆线路电容补偿分析。西铁科技，3/2006 21-22
论文作者:季辰,贺芃
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/8
标签：母线论文; 相电压论文; 弧线论文; 电压论文; 不平衡论文; 电容论文; 线路论文; 《电力设备》2017年第30期论文;