粤电集团贵州有限公司 刘志其

在35kV系统中，经常出现三相电压不平衡现象，其产生的原因多种多样，如不及时查出原因，可能使设备受到严重威胁，甚至扩大事故。本文结合故障实例重点分析了系统接地、线路断线、铁磁谐振、PT二次回路异常、PT熔丝熔断等故障原因，并进行了详细的故障现象描述，以便现场人员能够快速准确查出故障，确保系统安全稳定运行。

一、概述

某风电场升压站建好反送电运行几天后，观察35kV母线电压，发现三相电压严重不平衡，随之后台监控装置显示1号主变低后备保护—低压侧复压动作，查阅监控数据：AB相间电压平均为30.66V，BC相间电压平均为30.12V，CA相间电压平均为35.51V，A相平均电压为20.32kV，B相平均电压为15.19kV，A相平均电压为20.43kV，零序平均电压为2.66kV；二次侧A相电压为58.1V，二次侧B相电压为43.6V，二次侧C相电压为58.2V，二次侧零序电压为9.1V。

为了准确的判断故障类型，查取35kV母线三相电压故障录波图，如图1所示。由录波图可知：A、C相电压波形正常，B相电压波形发生畸变，波形近似为三角波，且每个周波畸变部位相同，这是系统存在谐波分量造成的。

图1 35kV母线三相电压故障录波图

二、故障原因分析

造成35kV母线电压不平衡的主要原因有以下几种：（1）系统接地；（2）线路断线；（3）铁磁谐振；（4）PT二次回路异常；（5）PT熔丝熔断。

三、故障现象描述

（1）本电场采用小电阻接地方式，如图2所示，电网正常运行时，由于电缆电网的不对度较小，还有中性点接地电阻强阻尼作用，可不考虑变压器中性点电压偏移影响（张俊华.配电网中性点电阻接地方式研究及接地电阻器的开发[D].长沙:湖南大学,2009）。若发生单相接地故障时，设系统正常相电压为U0，故障点电流为Ig，则发生故障时正常相的相电压变成原来的倍，电压向量如图3所示。即即故障点的电流Ig= — ( IR+ IB+ IC)。综上所述，发生接地故障时，小电阻接地系统电压变化特性类似于中性点不接地系统，电流变化特性类似于中性点直接接地系统。

图2 中性点经电阻接地原理图

图3 电压向量图

若发生金属性接地时，则故障相电压为零，非故障相电压上升为线电压，此时PT的辅助绕组开口三角电压为100V，保护装置发出接地信号；若发生非金属接地时，故障相电压低于正常线电压，非故障相电压高于正常相电压，低于正常线电压，此时开口三角电压小于100V。虽然相电压不平衡，但是线电压却基本保持不变。

（2）35kV线路断线时，不仅会引起三相电压不平衡，而且会引起线电压降低。当上一电源侧即电源侧线路单相断线时，表现为故障相电压升高，一般小于1.5倍相电压，非故障两相电压降低且相等，一般不低于0.87倍相电压；断线相相电压升高的原因为断线将引起三相电压及电流不对称，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；电压升高的幅度与断线点和母线的距离相关，距离母线越近电压越高，反之则越低。当下一个电压等级即负荷侧线路单相断线时，三相相电压都降低，其中故障相电压较低，非故障相电压较高且比较接近。

（3）在PT对地的感抗与电网对地电容匹配的情况下，由于对只带PT的空母线突然合闸或者系统发生接地故障，会导致PT出现很大的励磁涌流，引起PT铁芯饱和，促使其三相对地导纳不对称，发生铁磁谐振。铁磁谐振分为基波（工频）谐振、分频谐振、高频谐振（李国友,曹琪琳.电压互感器一次侧加装消谐器后三相电压不平衡原因分析[J].高压电器,2008,44(2):187-189）。

基波谐振现象是一相（两相）对地电压升高，高于线电压，一般小于3倍相电压，两相（一相）对地电压降低，但不为0，中性点产生不同程度的零序电压，开口三角电压一般小于100V；分频谐振现象是三相电压同时升高或依次轮流升高，并在相同范围内以低频周期性摆动，电压升高一般小于2倍相电压，中性点产生零序电压，开口三角电压一般小于100V；高频谐振现象是三相电压同时升高，高于线电压，一般小于3.5倍相电压，中性点产生较高的零序电压，开口三角电压一般大于100V。此外，发生铁磁谐振时线电压一般不会改变。

（4）PT二次回路异常一般比较复杂，表现形式各样，一般需要现场详细分析与检测，主要分为PT二次两点接地、PT二次侧N600（中性线）断线、PT二次回路断线等几种情况。其中PT二次接地故障现象为：在母线或线路出口故障时，PT二次两点接地产生的附加电压将使健全相中一相电压明显升高而另一相明显降低，故障相电压幅值变大，相位改变；PT二次侧N600（中性线）断线时故障现象为：三相电压波形都会有一些畸变，主要表现为尖顶波，这是因为含有大量三次谐波而引起的；PT二次回路断线电压变化跟PT接线方式有关，这个表现比较复杂，本文中暂不分析说明。

（5）PT熔丝熔断的情况可以分为高压熔丝熔断和低压熔丝熔断，高、低压熔丝的接入位置如图4所示。

图4 高、低压熔丝的接入位置的线路图

高压熔丝会造成系统的三相电压不平衡，当高压熔丝单相熔断时，熔断相相电压会降低或接近于0，这是由于PT铁芯彼此想通，熔断相磁通会减小但不会为0，一次绕组会有感应电压，其未熔断相相电压为正常相电压，其相角差为1200，未熔断两相相间电压（线电压）为正常线电压，其他线电压降低；一般熔丝熔断处有明显过热现象，可利用红外线测温仪测量，比较温度差异；在开口三角形处也会产生不平衡电压，即零序电压，其理论值为33V左右，发出接地信号；录波图上故障相电压波形稍有畸变，且每个周期畸变部位大致相同；但是大多时候PT高压熔丝不能完全熔断，通过高阻接通，其二次侧电压降低不明显，其零序电压也较小，一般在10V左右，不会发出接地信号。当高压熔丝两相熔断时，熔断的两相相电压很小或接近于0，未熔断相相电压接近正常电压，熔断的两相相间电压(线电压)为0，其他线电压降低，但不为0（温选尧,龙海莲,等.35kV母线TV高压熔断器异常现象[J].四川电力技术,2008,31(2):47-50）。

低压熔丝熔断时，由于一次侧三相电压仍然平衡，故PT开口三角电压为0，不会发出接地信号，其余故障现象均与高压熔丝熔断相似。若已判断PT二次侧熔丝完好，测得PT二次三相相电压有一相或者两相低于50V，且PT开口三角有电压，电压为10V左右，则可判断为高压熔丝熔断；若测得PT二次三相相电压有一相或者两相低于30V，且PT开口三角无电压，则可判断为低压熔丝熔断。

四、结语

由于本次故障A、C相电压正常，B相电压低于正常相电压，B相电压波形发生畸变，波形近似为三角波，且每个周波畸变部位相同，同时现场PT安装了消谐器，根据上述故障现象的描述对比，故障原因可能是PT的B相高压熔断器熔断，经过现场检查与测量，确认是PT的B相高压熔断器熔断，经过更换后，三相电压大约为20.32kV，零序电压为0.37kV，三相电压平衡，故障解除。