中性点不接地系统空载电压不平衡问题分析

中性点不接地系统空载电压不平衡问题分析
摘要：本文紧密结合张家口发电厂2号启动变压器OC段6116-9PT报C相电压低情况，对中性点不接地系统在变压器空载母线时造成三相电压不平衡的现象进行了认真研究，重点分析了产生这种现象的主要原因。

关键词：启动变压器电压低不接地系统空载母线
1、概述
在电网运行中，对于中性点不接地系统值班员时常会遇到电压输出不平衡的问题。

若对这一问题认识不足，往往会因为查找时间过长而耽误送电时间，还可能因为未及时发现接地点，而引发更大事故。

因此，应加强对中性点不接地系统空载电压不平衡问题的研究。

2、故障发生的过程
2009年12月16日2点30分，2号启动变OC段6116-9PT报警C相电压低信号。

值班员怀疑PT发生接地故障并对6116-9PT一次绕组进行直阻和绝缘试验以及PT并联避雷器绝缘试验，未发现PT自身电气故障。

针对之前曾经发生几次过报C相电压低故障，有必要对于中性点不接地系统遇到一些电压输出不平衡的情况进行分析，探讨中性点不接地系统在变压器空载母线时造成的三相电压不平衡的原因。

3、主要设备
我厂用电系统采用中性点不接地系统，其系统运行方式如图1所示。

4、对不接地系统电压不平衡的分析
（1）中性点不接地系统电压不平衡，可能是保险烧断所致，即高压保险熔断，熔断相电压降低，但不为零。

由于PT具有一定的感应电压，所以其电压并不为零而其余两相为正常电压，其向量角为120度，同时由于断相造成三相电压不平衡，故开口三角形处也会产生不平衡电压，即有零序电压，C相高压保险烧断，零序电压大约为33V左右（保护定值设30V），故能起动接地装置，发出接地信号。

6116-9PT开口三角未报零序电压，因此不可能是由于高压熔断器熔断造成三相电压不平衡。

另外，当低压保险熔断时，与高压保险熔断现象不同，一次三相电压仍平衡，故开口三角形没有电压，因而不会发出接地信号，其它现象均同高压保险熔断的情况。

这种情况有可能造成OC段电压不平衡。

（2）线路或带电设备上某点发生接地。

如C相，接地相与大地同电位，两正常相的对地电压数值上升为线电压，产生严重的中性点位移。

中性点位移电压U的方向与接地相电压在同一直线上，与接地相电压方向相反，大小相等。

这里所说的接地并不单指线路接地，当线路检查后仍未能消除接地故障，则应怀疑设备的避雷器、电压互感器、变压器有接地。

分析这种情况，6116-9PT、避雷器均没有发生接地故障，而2200乙启动变压器在当时情况属于空载状态。

6116-9PT报C相电压低信号而不是C相无电压，另两相也没有报过接地，所以不应该是金属性接地故障。

另外，如果变压器接地，另外两相的对地电容电流会急剧增大，引起差动和零序继电保护装置动作。

（3）PT电压不平衡输出分析。

1）PT二次绕组发生匝间短路。

这一原因会导致PT二次测量绕组测量电压
错误，使C相电压低于保护装置的定值，发出错误低电压信号。

判断PT二次绕组匝间短路的方法：①测量二次绕组直流电阻；②进行PT 空载试验。

由于6116-9PT二次绕组直阻继电保护班组没有告知是否合格，不能判断是否发生匝间短路，因此不能判断是否由于该原因造成OC段C相低电压信号。

若6116-9PT二次绕组中性点经击穿保险接地，高低压侧保险已经确定没有击穿，有可能B相经击穿保险接地，造成零序电流在铁芯激励零序磁通，零序磁通的感应电势造成电压不平衡，两相升高线电压，一相为零。

应该也不是这种情况。

（4）电压互感器产生铁磁谐振造成电压不平衡分析
在实际的变电运行管理中，有时由于中性点不接地系统的线路发生单相接地或单相接地消失的瞬间，经常造成电压互感器一次侧熔断件熔断。

或者是在进行正常的倒闸操作中，通过投入空载母线时，往往发现母线电压指示不正常或出现接地信号，但却没有发生明显的接地迹象，究其原因主要是由于电压互感器的铁磁谐振造成的。

这种情况经常会使值班员误判为电压互感器故障或是变电所内母线系统发生接地故障，影响了正常的运行管理。

电压互感器产生铁磁谐振其原因主要是国家标准对电压互感器的伏安特性未作统一规定，制造厂家为节约成本，致使电压互感器伏安特性差，饱和点较低。

电压互感器产生铁磁谐振。

这种情况多是在倒闸操作时，由于电压互感器的谐振而造成母线电压不平衡。

此种情况往往是在设备进行关合空载母线时发生。

由于电压互感器一次线圈的电感L，各相母线对地电容C，由于电压互感器的中性点是接地的，且各相对地电容的一端也是接地的，在正常情况下，三相电容是对称的，但当关合空载母线时，就存在着以下两种情况：
一种情况是由于合闸瞬间的三相触头不同期性，此时最慢接触的一相在触头间相当于串联上一个电容。

当电容的容抗等于互感器的感抗时即产生谐振，但该状态下只是使中央信号装置的电铃响了一下，仪表摆动一下，但随着操作的完成该现象随之消失。

第二种情况是由于合闸过程中产生操作过电压，此时假设断路器在合闸操作过程中A相出现过电压，则有可能使A相电压互感器铁心出现饱和，使A相电压互感器线圈感抗变小，从而三相的总阻抗出现不平衡，使电压互感器的中性点对地电压发生位移现象。

中性点不接地系统出现问题的主要原因是PT制造工艺上，伏安特性差，铁磁饱和造成的，但多发生在倒闸操作时操作过电压或者合闸不同期造成铁磁饱和，发生谐振，发生谐振的直接因素是系统过电压，其根本原因是电压互感器出现饱和，造成互感器感抗改变，最终造成三相电压不平衡。

这种情况是有可能造成张家口发电厂2号启动变压器OC段6116-9PT报C相电压低事故。

（5）系统对地电容不平衡导致空载时三相电压不平衡而线电压平衡。

当变压器带上负荷或线路后，此时母线三相电压主要决定于负荷或线路阻抗平衡情况，这时三相对地电容的不平衡因素居于次要地位，如负荷或线路阻抗平衡，检漏装置将复归正常。

与发生铁磁谐振类似，唯一不同的是对系统稳态分析，系统三相对地电容（母线对地电容，还包括电缆对地电容）不平衡，造成中性点偏移严重，C相电压降低并报警，同时另两相电压有所升高，也许没有达到保护定值，所以没有报。

5、结语
综上所述，导致三相电压不平衡的主要原因是：（1）PT高、低压侧保险熔断；（2）线路或带电设备上某点发生金属性接地；（3）PT二次绕组发生匝间短路；（4）PT中性点击穿保险，击穿后出现的不平衡电压；（5）PT产生铁磁谐振造成电压不平衡；（6）系统对地电容不平衡导致空载时三相电压不平衡而线电压平衡。

结合张家口发电厂2号启动变接线方式和三相母线长度不同，因此最有可能是这个原因造成张家口发电厂2号启动变压器OC段6116-9PT报C相电压低事故。

参考文献
[1]郭世伟.《中性点不接地系统电压不平衡现象分析》.[DB/OL].。