（广西电网有限责任公司柳州供电局 广西柳州 545005）
摘要：电网故障异常是指由于电力系统运行设备缺陷、外力破坏、雷雨等原因使电网稳定运行遭到破坏，造成电网供电可靠性降低，供电电能质量不符合客户要求，甚至被迫对用户停止送电的现象。基于此，为快速判断各种故障类型，有效处理电网故障，减少电网故障异常对设备、电网、客户的影响，提高供电可靠性，本文主要针对几种电网故障异常时母线的特征进行分析，并结合地区电网实际运行案例进行研究，对确保电网安全稳定运行具有现实的指导意义。
关键词：电网故障异常；母线电压；特征
引言
在平时的工作中，我们所遇见到的故障，主要有由于短路引起的主变、线路开关跳闸及不接地系统的线路接地、缺相等。对于开关跳闸事故或线路接地故障，在《调度管理规程》中都有明确的处理原则，但当不接地系统三相电压异常时，如何根据母线电压特征，分析、判断电压异常是由于母线PT保险熔断引起还是由于线路接地、断线故障引起或是由于系统谐振引起，从而快速、准确处理故障，到达迅速限制事故的发展，消除事故的根源并解除对人身和设备安全的威胁，保持电网稳定运行，提高用户供电可靠性的目标。
一、35kV、10kV线路接地故障时母线电压特征
对于中性点不接地和经消弧线圈接地的小电流接地系统，常见的故障是单相接地。线路单相接地时不形成短路回路，电流较小（即电容电流），但整个系统非接地相对地电压升高1.73倍（最高可达1.82倍）。若不及时处理，极易发展成二相短路，使故障扩大。以下对二种不同性质接地故障进行分析：
1、完全接地（也称金属性接地或接地接死）：
如果线路有某相发生完全接地（即金属性接地）时，此时，接地相的电压降到零，非接地相的电压升高到线电压。此时母线电压互感器辅助线圈开口三角处将会出现100V电压，电压继电器动作，发出母线接地信号。
2、不完全接地：
当线路有某相不完全接地时，即通过过渡电阻或电弧接地，这时接地相的电压降低，非接地相的电压升高（高阻接地特例），它们大于相电压，但达不到线电压。母线电压互感器辅助线圈开口三角处的电压达到整定值（一般取15--20V），电压继电器动作，发出接地信号。
下面以线路C相经过渡电阻R接地为例进行具体的分析：
线路C相经过渡电阻R接地的电网接线如图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。即三相电势大小相等、相互间相差1200相位角。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，根据弥尔曼定理，计算出中性点对地电压UNN’（UNN’的计算公式略）及各相对地电压：
Ua=Ea+ UNN’，Ub=Eb+ UNN’，Uc=Ec+ UNN’。
当R从0～∞时，即C相经任意数值的过渡电阻单相接地时，将不同的R值代入计算公式，分别计算出不同的R值时，电网中性点对地电压及各相对地电压，并画出其变化曲线。如图2所示。
通过图2分析，可以得出如下结论：
① R趋向∞时，即系统三相对地绝缘良好，电网处于正常运行状态，A、B、C三相电压大小相等，相位相差1200。
② R＝0时，即线路发生完全接地（也称金属性接地或接地接死）。此时，中性点UNN’=-Ec≈-Uc。三相电压分别为： Ua’=Ua+UNN’=Ua-Uc；
Ub’=Ub+UNN’=Ub-Uc
Uc’=Uc+UNN’=Uc-Uc=0
由此可画出金属性接地时的电压向量图，如下图所示：
由以上向量图可知，接地相（C相）对地电压为零，非接地相（A、B相）对地电压升高为线电压，即相电压升高1.73倍，但线电压仍保持不变。
案例：
A变电站10kVI段母线接地，B相电压为0，A、C相电压升为线电压，断开10kV 甲线917开关后，接地消失。原因是由于外力破坏，汽车撞倒#3杆，导致杆上瓷担断裂，搭在横担上，引起线路接地。
③ 当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。非接地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，从图2中还可以得出这样一个结论，即：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。
案例：
B变电站10kV母线发接地信号，电压为A相5kV，B相12kV，C相7kV。断开10kV乙线918开关后，接地信号消失。经检查为10kV乙线918线路上有一分支线路瓷瓶爆裂引起。
瓷瓶爆裂后，绝缘降低，已不能承受系统全电压，因而发生接地，这种接地是通过一个高电阻接地。引用上面的结论，即“对地电压最高相的下一相，一定是接地相”。可以很明确地判定瓷瓶爆裂的是C相。
二、35kV、10kV线路断线故障时母线电压特征
对于中性点不接地和经消弧线圈接地的小电流接地系统，线路单相断线故障后，断线故障点两侧的电压变化特征为电源侧故障相电压升高，最高至故障前相电压的1.5倍；电源侧零序电压增大，最大为故障前相电压的0.5倍，电压大小与断线故障点位置有关；两非故障相电压降低且相等，最低降至故障前相电压的0.866倍，电压大小与断线故障点位置有关；电源侧线电压对称，不影响对非故障线路负荷的供电；负荷侧零序电压增大，最大至故障前相电压的0.5倍，电压大小与断线故障点位置有关；负荷侧线电压不再对称，影响对故障线路负荷的正常供电。断线相对地电压升高的原因为断线将导致三相电流和三相电压的不对称，系统处于非全相运行状态，造成系统中各相对地电容变化，导致变压器中性点偏移。
三、母线PT高低压保险熔断时的电压特征
电压互感器由于过负荷运行，高低压回路发生短路，产生铁磁谐振以及熔断器日久磨损等原因，均能造成高压或低压保险丝熔断。下面对两种不同结构的PT，分析高低压保险熔断后相关电压指示情况：
1、对于单相接成Ｙ0／Ｙ0的电压互感器（有些是按4PT接法，即其中第四个接在另外三个的中性点上，起到防止谐振的作用），它们每相的磁系统形成单独回路。如一次A相保险熔断，二次a相无感应电压，按理说a相电压表也无指示，但由于相电压表与线电压表在二次侧形成了一个串联回路，它们指示的电压大小正比于本身电压表内阻的大小，使熔断相的电压表也有一个较小的电压指示。低压保险熔断时与高压保险熔断时一样，熔断相的电压表也有一个较小的电压指示。
2、三相一体的电压互感器，它们的磁路系统互相连通，当高压侧A相保险熔断时，二次a相也能感应到一些电压，电压表指示比单相电压互感器高压保险熔断时要高一些。低压保险一相熔断时与单相电压互感器的情况一样，熔断相的电压表也有一个较小的电压指示。
总之，电压互感器高压侧或低压侧出现一相保险丝熔断，此时熔断相的电压指示不为零，出现较小的电压指示，但不是该相实际电压，非熔断相仍为相电压。当电压互感器高压侧出现一相保险熔断时，互感器辅助线圈开口三角会出现35V左右电压值，并启动电压继电器，发出接地信号，这种接地称之为虚假接地。当低压侧出现一相保险丝熔断时，互感器辅助线圈开口三角没有电压，不会发出接地信号。
案例：
C变电站10kV母线发接地信号，A、B、C三相电压分别为4.1 kV，4.6 kV，6.3 kV。C2开关低电压保护动作跳闸，同时1号主变低后备保护发零序过压告警。调度员下令断开所有10kV出线开关后，接地信号仍不消失。后将10kV母PT由运行转检修进行检查。发现PT A、B相高压保险烧断。更换好后将PT投入运行，接地信号及1号主变低后备保护零序过压告警信号消失，但A、B相电压偏低为5.4kV，C相电压6kV。送回出线后，电压平衡。
系统单相接地和PT保险熔断时，电压特征、现象对照表：
电力系统中具有许多铁芯电感元件，例如发电机，变压器，电压互感器，消弧线圈和并联补偿电抗器等。这些元件大部分为非线性元件，它和系统中的电容元件组成许多复杂的振荡回路，如果满足一定的条件，就可能激发起持续时间较长的铁磁谐振过电压。
2铁磁谐振过电压的表现形式及危害
铁磁谐振过电压的表现形式可能是单相、两相或三相对地电压升高，或以低频摆动。它会引起绝缘闪络或避雷器爆炸，或产生高值零序电压分量，出现虚幻的接地现象和不正确的接地指示，或者在互感器中出现过电流，引起PT保险熔断或互感器烧坏。
3不同谐波谐振时的电压特征
（1）分次谐波（1/2基波）谐振时：三相电压同时升高，其升高幅度不大，但电压互感器的电流极大，可达额定电流的30—50倍，常常使电压互感器保险熔断或使电压互感器过热爆炸。
（2）基波谐振时：过电流并不大，过电压较高，一相电压降低，二相电压升高，与线路接地时的电压较为相似。
（3）高次谐波谐振时：一般电流并不大，过电压很高，三相电压同时升高，经常使绝缘设备损坏。
案例：
D变电站10kVI段母线发接地信号，经检查10kVI段母线电压A相：0.1kV；B相：0.1kV；C相0kV；10kVII段母线电压A相：0.2kV；B相：1.3kV；C相0kV。10kVI、II母线PT二次空开检查均无异常，二次电压为0。将10kVI、II段母线PT由运行转检修，11：07检查发现10kVI、II段母线PT三相高压保险已熔断。经过分析、判断，由于分次谐波（1/2基波）谐振引起的可能性极大。
通过以上对线路通过不同电阻接地，PT保险熔断以及铁磁谐振等分析，得出如下结论：
（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高压保险丝熔断时，会发出接地信号，但只影响PT所在母线段熔断相的电压。
（3）PT低压保险熔断时，不发接地信号，只影响PT所在母线段熔断相的电压。
（4）由于系统中存在容性和感性参数的元件，特别是带有铁芯的铁磁电感元件，在参数组合不匹配时会引起铁磁谐振，并且电压继电器动作，发出接地信号。
（5）在母线空载运行时，也可能会出现三相电压不平衡，并且发出接地信号，即空载母线虚假接地现象。但当送上一条线路后接地现象会自行消失。
五、母线电压不正常时的处理原则
当发现母线绝缘监视指示不正常或发出接地故障信号时，调度员（运行值班人员）应根椐消弧线圈（接地变）动作情况、母线电压、小电流选线装置信号等，首先判断是否是由于PT一、二次保险熔断引起。排除PT一、二次保险熔断后，按线路接地故障处理，将接地故障的网络分割成电气不直接连接的几部分（将母线分段），然后根据绝缘监视仪表的指示来判断接地故障区域，准确、快速定位、隔离、处理故障线路。
结束语
电网中最常见的故障是各种形式的断线、接地、短路，电网故障异常多数引起电网部分地区电压大幅度降低，产生巨大短路电流，引起电网设备遭受破坏和损伤，甚至破坏系统内各发电厂之间机组并列运行的稳定性，使机组间产生振荡，严重时可能使整个电力系统瓦解，导致对客户供电中断。因此，通过深入研究电网故障异常时母线电压的特征，有利于调度员、变电运行人员快速、准确判断故障类型，有针对性的处理故障，极大提高故障处理速度，不仅对电力系统安全、可靠、稳定运行具有重要意义，也有利于提高客户供电可靠性，减少用户停电时间，提高客户满意度，为供电企业树立良好的社会形象，更有利于供电企业少停电、多供电，打赢增供扩消攻坚战，提高企业经营效益，为创建国内、国际一流电网企业添砖加瓦。
参考文献：
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论文作者:韦剑都
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/28
标签：电压论文; 相电压论文; 母线论文; 故障论文; 电网论文; 电压互感器论文; 谐振论文; 《电力设备》2017年第35期论文;