10kV电压异常原因分析及处理措施

10kV电压异常原因分析及处理措施

10kV电压异常原因分析及处理措施

摘要：本文对电网实际运行中时常出现的10kV电压异常现象的原因进行分类，并逐一研究分析其产生机理，从而引出处理10kV电压异常措施的思路。

关键词：电压异常；负荷；接地；断线；消弧线圈；谐振

0 前言

电压的异常直接影响设备的运行技术指标、经济指标，甚至导致用户的用电设备无法正常工作，电网的安全与经济运行遭至破坏。10kV母线是调度部门可以进行电压调控的最后一级母线，也是最直接影响用户电压质量的母线。因此对10kV电压异常产生的根本原因进行分析研究，对消除电压异常和保障电网安全运行具有十分重要的意义。

1 负荷变化引起的电压偏移

根据相关调压原则要求：变电站和直调电厂的10kV母线正常运行方式下的电压允许偏差为系统额定电压的0%―+7%。而在实际电网运行中，在白天用电高峰时段，10kV母线可能低于10.0kV下限，在深夜用电低谷时段，10kV母线也可能高于10.7kV上限。

造成电网正常运行中电压偏移的原因是不同大小的功

率在电网元件中传输会产生不同的电压降落。功率由系统通过110kV降压变压器经变压后到达10kV母线，其等值电路图和相量图如图1所示。

在上图中，为归算到110kV变压器10kV侧的一次电压，为110kV变压器的二次电压，即10kV母线电压，S为传输的视在功率，为归算到110kV变压器10kV侧的传输电流，φ为与的相位差，XT为110kV变压器归算到二次侧的等值电抗，RT为110kV变压器归算到二次侧的等值电阻。

图中，就是电压降相量，即（RT+XT），将电压降相量分解为与二次电压同方向和相垂直的两个分量和。称为电压降落的纵分量，称为电压降落的横分量。而在电网实际计算中，由于电压降横分量很小，可以忽略不计，因此，其电压降可以省略简化成仅为电压降落的纵分量，以ΔU表示。由图3可得ΔU的模值为，

将、、代入上式可得，

因此可以得出，10kV母线电压与传输功率的关系公式为：

由上式可知，通过减少传输的有功负荷P、无功负荷Q、电阻RT和电抗XT，或者提高110kV侧电压U1的方法，可以减少电压降落，提高10kV电压；反之则降低10kV电压。

由此可以得出负荷变化引起的电压偏移的处理措施：

（1）通过增减无功功率Q，如投退并联电容器、并联电

抗器；

（2）改变变压器的电阻R和电抗X，如改变变压器的分接头，从而改变有功功率和无功功率的分布；

（3）改变上一级系统电压U，如改变发电机、调相机的无功功率出力；

（4）特殊情况下采用调整用电负荷或限电（减少有功功率P）的方法调整电压；

2 单相接地引起的电压越限

10kV电网属于中性点不直接接地系统，当发生单相接地故障时，由于与变压器中性点不能构成短路回路，因此没有短路电流，仅有不大的对地电容电流流过，对电气设备基本无影响。但中性点发生偏移，对地具有电位差，其相间电压不平衡，故障相对地电压下降为0，非故障相对地电压升高到线电压，如图2所示。

由图2可见，UE为额定相电压，10kV电网正常时，三相对地电压大小相等，相位对称，可以得出

而零序电压，即没有零序电压，因此也没有零序电流。

当10kV电网发生单相接地（如A相接地）时，A相对地电压为零，即=0，电源中性点电压不再与地电位相等，而是升高到相电压，，而B、C相对地电压也相应地升高为线电压，分别为

系统中出现零序电压，其大小为相电压，

其产生的零序电流流经接地点，其大小为非故障相产生的对地电容电流之和。虽然10kV系统单相接地时故障点电流很小，而且三相之间的线电压仍然对称，对负荷的供电没有影响，允许继续运行，但是在单相接地以后，非故障相电压升高到线电压，为了防止故障进一步扩大到两点、多点接地短路，应该及时采取措施消除接地故障。

作为调度员，若现场配置接地选线装置的，则断开其选中的线路开关，隔离单相接地故障；若没有配置接地选线装置的，则根据母线电压变化，采用“瞬停法”瞬间断开线路开关来判断单相接地线路；若“瞬停法”无法找到单相接地线路，则可能是两条及以上线路同名相接地或母线单相接地，这就需要将母线上所有开关断开，逐一合上开关来判断接地设备。

3 消弧线圈投入引起的不平衡电压放大

由上一节可知，当发生单相接地故障时，接地点将通过10kV电网的全部对地电容电流。如果此电容电流相当大，就会在接地点产生间歇性电弧，引起过电压，可能会导致绝缘损坏，造成两点或多点的接地短路，使事故扩大。因此要在中性点装设消弧线圈，利用其感性电流补偿接地故障时的容性电流，使接地故障电流减少，从而自动熄弧，保证继续供电，如图3所示。

由图3可得，消弧线圈发挥最佳作用是电网出现单相接

地故障后，实现全补偿，接地电容电流IC全部被消弧线圈的电感电流IL所补偿，即IL=IC，通过故障点的电流为零，从而使得电弧自动熄灭，达到灭弧的目的。

而实际上，消弧线圈并没有采用全补偿的补偿方式，那是因为在10kV经消弧线圈接地系统正常运行时，中性点的位移电压U0的大小为，

上式中，d表示10kV电网的阻尼率，，表示10kV电网的脱谐度，UN为消弧线圈未投入时中性点不平衡电压值。

由上式可见，若消弧线圈未投入前系统已经不平衡，在电网阻尼率一定的情况下，脱谐度越小，中性点电压越高，放大作用越强，将加剧系统的不平衡。脱谐度等于零即谐振补偿时，中性点电压最高。

为了保证正常运行时中性点电压的偏移不超过规定值，应采取避免谐振补偿的措施，即尽量在较大的过补偿或欠补偿运行，增大脱谐度v，或者采取措施增大系统的阻尼率d。另外，在以架空线路为主的电网中，采用线路换位的措施，可以减少三相导线对地电容的不对称度，从而减少中性点的不平衡电压值UN。调度员若确认三相电压不平衡过大是由于消弧线圈引起的，则应该将消弧线圈退出运行，重新整定消弧线圈的脱谐度。 4 电压互感器断线引起的显示电压失真

当电压互感器发生断线故障时，二次电压输出就会异常