中性点不接地系统中不引起继保装置跳闸的故障分析.pdf

上 海 电力 2 0 1 1 年第4 期 中性点不接地系统中不引起 继保装置跳闸的故障分析 华 月申， 汪 涵 ( 上海 市电力公 司 浦东供电公司 ， 上海 2 0 1 2 0 3 ) 摘要 l 针对配 电网中性点不接地 系统 中发 生的不 引起继 电保护装 置跳 闸的故 障进 行分析 ， 阐 明了发 生各类 故障时的故障象征 ， 讨论 了可 能出现 的非典型性故障 情况 。对一起实 际发生的 配电网故障进行分 析 ， 验 证 了 理论分析的有效性 。 关键词 ： 配 电网 ； 中性点不接地系统 ； 故 障分析 中图分类号 ： TM8 6 文献标志码 ： B O 引言 随着可靠性的提升和用户要求 的逐渐提高 ， 中性点经小电阻接地 系统 已在上海 地 区 1 0 k V 配电网中得到越来越广泛的应用E x 3 3 ， 但 由于历 史遗留、 可靠性要求等原 因， 目前上海城 区配电网 仍存在大量中性点不接地系统 4 。 若 中性点不接地电网发生单相接地 、 线路 断 线 、 互感器断线等故 障后均不会 引起继电保护装 置的跳闸， 有时较难判断故障原因， 因此对于变电 站运行操作人员来说 ， 故障发生后及时准确的发 现原因和分析事故就显得十分重要。特别是出现 非典型性故障时 ， 有时较难直接判 明故障原 因， 这 给故障的分析判别带来 了一定的难度 。 文献E 5 J 介绍 了压变一次侧熔断的故障象征 ， 文献 6 介绍 了小电流接地系统单相断线加接地 故障。但上述文章均缺少 不同故障间 的横 向 比 较 。本 文 主要 研 究 了中性 点不接 地 系统 中常见 的 不引起继电保护跳 闸的各种故 障类型， 并从理论 上对各类故障进行详细分析， 同时对各类故障象 征进行 比较 ， 并以一起实际发生的非典型性故障 为例 ， 分析了判断故障类型的方法。 1 各类故障的情况分析 由于接线方式及设备类 型的不同， 将对故障 分析 的结 果产生 一定 的影 响 。本 文 以上海 电 网浦 东地 区 常见 的 3 5 k V 变 电站接 线 方式 为 例 ， 对 各 类故障进行 了分析讨论。设主变接线方式为三角 形一 星形 ， 高压侧为 3 5 k V， 低压侧为 1 0 k V， 1 0 k V 侧 中性 点 不接地 。 压变为三相五柱式 ， 一次侧为星 型接线 ， 二 次侧有两套 低压绕 组 ， 分别 为星形 接线 及开 口 三角形接线 ， 压 变高压侧 中性 点及 低压侧 分别 直接接地 ， 压变 开 口三角形绕 组 两端 的额定 电 压为 l O O V。以下分别探 讨发生各 类故 障时所 出现 的情 况 。 有 源 电力 滤 波 器 采 用 与交 流 滤 波 器 完 成 不 同 的原 理 ， 由 电 子 装 置 构 成 畸 变 发 生 器 。动 态 跟踪系统非 正弦波形 的变 化 ， 通过 产生 与补偿 谐波形状一致 ， 相 位相 反 的电流来 抵消 非线形 负荷产生 的谐 波 电流 ， 以使谐 波不 会注 入公共 供 电回路 。 7 用户谐波治理的难点 1 )对用户设备没有相关的谐波标准和依据； 2 )在使用过程中， 用户用 电设备存在着使用 一 300一 不稳 定性 ， 受生 产工 艺 、 生 产流 程 的影响 ； 3 )用户电能质量监测 ， 谐波治理等所需设备 及相关费用等较高 ， 在实施过程中有一定困难 ； 4 )在用户谐波治理方面， 没有相关的国家标 准或行业标准 ， 对用户设备产生大量谐波没有 良 好的措施和手段， 在谐波治理方面阻力较大。 收稿 日期 ： 2 O l 卜O 8 1 0 作者简介 ： 蒋培铭( 1 9 6 9 一 ) ， 男， 助理 工程 师， 主要从 事电力 运 行 和 营销 工作 。 ( 编 辑 ： 吕 斌 ) 2 0 1 1 年第 4 期 上 海 电力 1 1 1 0 k V系统 发生 单相 接地 由于 1 0 k V 系统 为 中性 点不 接 地 系统 ， 因此 允许 出现短时的单相接地， 此故障不会 引起继保 跳闸。以 A 相为例 ， 假设 A相发 生金属性接地 时 ， 系统电压向量图如图 1 所示 。 6 图 1 单相 接 地 时 的 电压 向 量 图 图中 a 、 6 、 C为故障前的电压 向量 ， b 、 C 为故 障后的电压 向量 ， 0为 中性点 ， u 为 3 V。电压 。 由上 图可知 ， 发生 金 属性接 地 时 ， A 相 电压 降低 为 0 V， 另两相 电压升高为线电压 己 ， 。由于发生单 相金 属性 接 地 时 ， 压 变 开 口三 角 形 的输 出 电压 为 1 0 0 V， 即 U 一 3 U ( 1 0 0 V) 。各参 数值整理 如下 ： U 一 0， U 一 UN， U 一 UN 己 ， b UN， U 一 U ， U 一 UN ( 1 ) U 一, g U N ( 1 0 0 v ) 式中 U 为正常时 的线 电压 ； U 为正 常时 的相 电压 ； 为 A相故障后 的相 电压 ； u 为 B相 故 障后 的相 电压 ； 为C相故障后的相电压； at 为 AB相故障后的线电压； u 为 B C相故障后的线电压； u： 为 C A相故障后的线电 压 ； U 。 。 为压 变开 口三角形的输 出电压 。 值 得 注意 的 是 ， 若 A 相 为 非 金 属 性 接 地 ， 则 故障后 己 ， 将略大于 0 ， 另两相则 略小 于 u ， u 略小于 1 0 0 V， 且 可能发 生 中性 点 偏 移 的情 况 ， 此 时会 出现故 障相 相 电压不 对称 的情 况 。 1 2 3 5 k V 系统发 生单 相断 线 3 5 k V 变 电站 的 3 5 k V侧 往往 不 安装 电压 互 感器， 因此无法直接获取 3 5 k V侧 的断线信息 ， 只 能通 过 1 0 k V 侧 压 变 来 获 取 电压 信 息 。 以 下 以 A 相 断 线 为 例 ， 分 析 3 5 k V 侧 单 相 断 线 对 1 0 k V系统 造成 的影 响 。 广 - 、主 a L V V b L 、 c 图 2 主变接线方式 设 主变 接 线 方 式 如 图 2所 示 ， 为 D y l型 接 线 ， A相断线后 ， 由上图可知 【 ， 仍等于 u ， 故其 在低压侧 的感应 电压 U 一U 。另 u +己 ， ，A 一 一 【 ， ， 又己 ， =v l B ， 故： 1 Vc A ，A B =一UN ( 2 ) 厶 因此可得其在低压侧的感应电压为 一己 ， 一 1 一 寺u 。由此可得 1 0 k V侧的各参数值如下： 厶 U： 一一U 2 ， 己 ， 一一己 ， 2 ， U： 一 U U： b 一 0 ， U 一 3 U 2 ， U 一 U 2 ( 3 ) U3 。一 己 ， + 己 ， + U 一 0 由式 ( 3 ) 可 见 ， 3 5 k V 侧 发 生 单 相 断 线 后 ， 1 0 k V侧两相相电压降低为正 常值的一半 ， 一相相 电压保 持不 变 。值 得 注 意 的是 ， 若 主 变接 线 组 别 发 生变 化 ， 如 改 为 D y 5或 Dy l 1 ， 会 导 致结 论 中相 位的变换 。 1 3 1 0 k V馈线 发 生单相 断线 1 0 k V 馈 线 发 生 单 相 断线 后 ， 往 往 不 会 引起 3 5 k V站 内继 保 的动 作 ， 因为 由纵 向不 对 称 故 障 的分 析计 算 可见 ， 发生 断线 后 ， 负荷侧 的各 序等效 阻抗与电源侧 的各序等效阻抗越接近 ， 则断线对 电 源侧 的影 响越 大 。由于一 般 电源侧 可认 为是无 穷大 系统 ， 故 1 0 k V 馈 线 断 线 对 电 源 侧 的 影 响 很 小 。 对于 用户 来说 ， 当 1 0 k V 系统 馈 线 发 生单 相 断线故障时， 将导致三相 电流和电压的不对称 ， 并 会 出现负 序 电流 ， 使 电能质量 变坏 ， 电动 机转 子产 生 附加 损耗 及 发热 等 ， 对 用户 产生 不 良影响 ， 同时 还会对继电保护产生影 响， 造成继保装置误动作 等 。因此发 生 单 相 断线 故 障后 ， 需 要 及 时发 现 并 处 理 。 对 于开 关 站来 说 ， 进 线 断 线将 影 响下 一 级 用 户 的电压水平 ( 若经三角形一 星形配变 ， 可参考上 一 节 的结论 ) ， 对 用户 产生 较大 的影 响 。 目前 阶段 主要通 过用 户 的报修 来 发现 1 0 k V 馈 线 的断线 故 障 ， 未来 可通 过 测 量 断 线线 路 中负 序 电流 等来 发现 断线 故 障 。 1 4 压 变低 压侧 断 线 根据假设条件可知， 压变为三相五柱式， 二次 侧分 别 星形 和开 口三 角形 ， 如 图 3所示 。 由于压 变低压 侧 断线不 会对 其他 两相 造成 影 响 ， 因此 断 相 电 压 降 为 0 ， 另 两 相 保 持 相 电压 不 一 3O 1一 上 海 电力 2 0 1 1 年第4 期 A B C J J _ J ； 暑 j l L J 上 _ J 隰 。 图 3压 变 接 线 图 变 ， 不平衡电压降为 0 。设 A相断线 ， 则各 电压数 值 如下 ： U： 一 0 ， u 一 U ， U： 一 U u： b U ， u 一 U ， 己 ， 一 U ( 4 ) U3 o一 0 1 5 压变 高压侧 断 线 压变接线图如图 3所示 ， 当压变高压侧断线 时 ， 由于压 变一 次侧 中性点 接地 ， 断 线侧 电压 降为 0 ， 其余两相则保持相 电压不 变。以下 以 A相为 例 ， 做 出电压 向量 图如 图 4所示 。 ! i ； o b U3 图 4 压变高压侧断线的向量 图 由向量图可得 ， A相电压降为 0 ， 另两相保持 相 电压 不 变 ， 同 时 产 生 一 定 的 3 VO电压 U。 一 U 。 因此 可得 各参数 的电压如 下 ： U： 一 0 ， ui U ， U： = ： = U 己 ， ： b U+ ， u 一 UN ， u 一 U ( 5 ) U 一 U ( 3 3 V ) 2 实例 分析 本章将讨论上海地区实际发生 的一起故障， 由于故障象征不完全符合典型故 障情况 ， 因此给 故 障的判别带来一定 的难度。 某 3 5 k V 变电站 ， 1 0 k V 为中性点不接地系 统， 发生 3 VO电压报警 ， 无继保跳 闸， 经现场确认 故障象征如下 ： 事故总信号翻红 ， 3 VO电压约为 4 O V， 消谐灯微亮 ， A相 、 B相 、 C相 电压分别约为 4 k V、 6 k V和 8 k V， 由于压变为 中置柜式结构 ， 故无法确认 高压侧熔丝是否熔断 。 现通 过上一 章分 析此 故障 如下 ： 由于出现 一 3 02 3 VO电压 ， 故排除 3 5 k V断线 、 1 0 k V 断线及压变 低压侧断线的可能性 ， 又未 出现相 电压为 0的情 况 ， 故排除压变高压侧断线， 因此故障可能为单相 1 O k V接地 ， 但故障象征不符合 金属性接地 的情 况 ， 由此判断故障可能为 1 0 k V系统发生单相非 金属性接地。由于 A相电压最低， 故判断 A相发 生非金属性接地 ， 从而导致 中性点偏移而产生 B 相 、 C相 的 电压不 对称 。 经汇报调度 ， 由试拉后确定故障线路 ， 线路巡 线 后确认 故 障为 A 相非 金属性 接 地 。 3 结语 本文对 中性点不接地系统中常见的不引起继 电保护跳闸的各种故障进行 了讨论 ， 并从理论上 分析了各类情况下的故障象征 。 各类故障的区别如下 ： 1 0 k V单相接地将引 起一相 电压降低 ， 另两相电压升高， 同时存在一定 的 3 VO电压 。3 5 k V 单 相 断 线 将 引 起 一 相 电 压 不变 ， 另两相 电压 降低 ， 同时 3 VO电压 为零 。1 O k V单相断线不会在 3 5 k V站内显示 出明显 的故 障象征， 将 由用户反映 电压异常而知 。压变低压 侧断线会导致一相电压为零 ， 另两相 电压不变 ， 同 时 3 VO电压 为零 。压变高压侧 断线将导致一相 电压 为 零 ， 另 两 相 电压 不 变 ， 但 同 时 产 生 一 定 的 3 VO电压 ( 一 般为 3 3 V 左右 ) 。 本文可帮助现场运行操作人员更好的判断故障 原因， 特别是对于某些较难判断的非典型性故障， 仍 可以通过原理来有效的排除并确认故障成因。 参考文献 ： E l i 董振亚 城市配电 网中性 点接地 方式的发展 和改进 J 中 国电力 ， 1 9 9 8 ， ( 8 ) E 2 王利群 ， 张劲光 关于中压 电网中性点接地方式运行 中存在 的主要问题的研究和对 策 J 河南电力 ， 2 0 0 4 ， ( 1 ) E 3 肖永 ， 王建华 城区配电网中压 系统 的中性 点接地方式E J 高 电压技术 ， 2 0 0 3 ， ( 9 ) E 4 3 万善 良 上 海