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【摘要】在10kV接地系统中，单相接地现象最为普遍，也最易判别。但电压断线现象时有发生，且变电运维人员对电压断线后电压变化规律从原理上难以理解。因此本文就两次10kV单相接地系统中的两起电压异常事件进行了分析判断，并通过详细数学模型阐述变化规律，对运维人员判断断线事故并快速正确处理类似故障具有较好的借鉴意义。
【关键词】断线；电压异常；三相不平衡
The Analysis and Research of Abnormal Voltage caused by Breakage
WANG Qing-hua
（Lian Yungang power supply bureau， Xinpu District， Lian Yungang 222004，China）
ABSTRACT： Single-phase grounding is common in 10kV power system， it is easy to judge single-phase grounding fault. But breakage often occurs， and it is difficult to comprehend breakage fault in theory for substation operation and maintenance workers. This paper delivers vivid analysis and judgement of abnormal voltage change caused by two breakage faults， and the mathematic model and fluctuation rule is elaborated in detail. These analysis and research provide valuable reference for substation operation and maintenance workers to judge and handle similar faults rapidly in future.
Keywords： Breakage fault； Abnormal voltage； Three-phase unbalance
引言
在变电站运行过程中，随着城市电网日益发展，负荷增加和外力破坏引起的配网线路断线故障呈增长态势，本文就两起断线故障进行分析，并探讨断线事件发生后电压变化规律，便于运维和调度人员快速判断和处理类似故障，提高设备的运维水平[1]。
1、断线事件一
1.1事件特征
2011年11月17日，35kV甲变电站10kV II段母线电压异常，具体电压为A相：5.3kV，B相：7.3kV，C相：5.4kV，3U0为26V。
运维人员接到监控中心电话，赶到现场，判断故障可能为单相接地，但电压不平衡特征不明显。
1.2处理过程
2时56分，运维人员对花果山123线路进行试拉，电压不平衡现象更为明显。试拉花果山123线路后，三相电压分别为A相：4.8kV，B相：8.4kV，C相：4.9kV，3U0为34V。
花果山123线路拉开后，电压未恢复正常，说明故障点不在花果山123线路上，但运维人员对电压不平衡加剧现象颇为不解。
3时07分，运维人员又对猴职122线路试拉，电压异常现象消失，确定故障点在猴职122线路上，调度随后将猴职122线路改为检修，并组织配电查线，配电人员对猴职122线路进行巡线，未发现故障点。
5时06分，配调将该猴职122线路主干线恢复送电，各客户支线暂未送电。此时电压指示正常，即A相：6.19kV，B相：6.3kV，C相：5.89kV。
随后配调试送一条客户支线，电压又出现不平衡异常，电压如下：A相为5.2kV，B相为7.2kV，C相为5.4kV。
随后配电安排对试送的客户电气设备检查未发现异常，又对猴职122全线进行巡视，发现猴职122出线1号杆刀闸B相脱落，这是一起典型的断线故障。
从这起事件处理过程可以发现，运维与配调人员对断线事件引起的电压异常规律未正确掌握，导致查找故障时间较长，不利于故障快速查找与处理。
2、10kV系统断线数学模型
2.1数学模型介绍
图1给出了10kV电力系统对地简化的等效的电路图。图1中，N表示虚拟的中性点；UA、UB、UC为A、B、C三相对虚拟中性点表示的系统三相电压，O点表示地；YA、YB、YC分别表示系统三相对地的导纳；表示电源虚拟中性点和地之间的电势差。由于电源的虚拟中性点和地之间没有电流通路，即这两点之间仅有电势差但没有电流，因此在图1中用虚线表示[2]。在分析过程中假设系统电压是理想的，即有：
式（1）
根据基尔霍夫电流定律可知：
----式（2）
由上式可得为：
式（3）
根据等式（1）可以将等式（3）改写成如下形式：
----式（4）其中，。
2.2电压分析
设正常运行时，系统三相对地电容对称相等，即，则。即虚拟中性点电压趋近为零。
当B相断线时，系统B相对地电容减小，极限情况时，，此时：
等式（5）
由式（4）可以知道，中性点电压的大小与断线线路对地电容在系统中的所占份额有关，当母线上只有唯一一条线路且B相缺相运行时，则B相电压指示为。
但在实际运行时，各相对地电容不完全对称，且10kV II母线上有多条线路运行，断线相对地电容电流变化不大，所以虚拟中性点电压应有以下限制条件略为减小。即对应的母线电压现象为断线相电压升高，正常相电压略为降低。 2.3结论
通过上面分析得知，发生断线时，断线相对地电压略升高，另两相对地电压略降低且幅值相等。通过计算可得出最大为0.5倍，最小为0。所以，断线相一般不高于1.5倍相电压，另两相一般不低于0.866倍相电压。
3、断线事件一分析
通过以上数学模型，可以得到事件一为典型的断线故障，电压异常现象也变化规律阐述如下。在断线故障发生前，10kV I段母线三相对地导纳近似相等，因此三相电压指示正常。在猴职122线路1号杆刀闸B相脱落，则此时母线B相对地导纳YB减小，而A、C两相对地导纳YA与YC不变，因此式（4）中虚拟中性点电压 不再为零，A、B、C三相电压指示分别为A相：5.3kV，B相：7.3kV，C相：5.4kV。
当运维人员试拉花果山123线路后，由于花果山123所带三相负荷均衡，A、B、C三相对地导纳YA、YB、YC同时减少则减少量相同，且在式（4）中，B相对地导纳YB相比A、C相对地导纳YA、YC更加不均衡，因此电压偏差进一步加大，A、B、C三相电压显示为：4.8kV、8.4kV、4.9kV。
当运维人员在试拉猴职122线路后，故障点被隔离，YA、YB、YC三相达到平衡，母线三相电压恢复正常。
而在试送成功猴职122线路，当猴职122主干线未带上客户时，A、B、C三相对地导纳YA、YB、YC存在一定不平衡，但10kV II段母线上还带有其他线路负荷，YA、YB、YC三相不平衡度较小，A、B、C三相电压显示较为正常：6.19kV，6.3kV，5.89kV。
当带上客户负荷后，A、C两相对地导纳有增长，而B相对地导纳未增加，三相对地导纳YA、YB、YC间不平衡量增加，因此式（4）中虚拟中性点电压变大，三相电压显示为A相为5.2kV，B相为7.2kV，C相为5.4kV。
4、断线事件二
4.1事件特征
2012年4月6日，监控中心告知35kV甲变10kV II段母线小村124线路发生跳闸，并重合成功，但电压指示异常，监控有单相接地报警信号。运维人员赶到现场，在小村124保护装置上将保护信息抄录如下。
12：39：28：586 过流I段动作
12：39：29：900 重合闸动作
此时A、B、C三相电压指示如下：
A相：7.99kV，B相：4.9kV，C相：5.01kV。
4.2处理过程
运维人员根据断线事件一中电压变化特征和对断线故障的学习，快速判断这是一起较为明显的断线故障。运维人员首先核实小村124开关位置在重合之后确为三相合闸，不存在A相虚合的情况。运维人员随即调阅了小村124开关保护装置的电流信息，A相：0.001A、C相：0.134A。电流信息证实小村124线路发生断线故障。运维人员随即向配调汇报保护装置抄录信息，并提醒配调这是一起断线故障。配电人员立即组织查线，在甲变电所院墙外发现小村124出线0号杆塔熔断器熔断，实际故障与运维人员分析判断相吻合。
4.3分析结论
因此，这是一起短路故障引起跳闸事件，在重合成功后，线路出线0号杆塔熔断器熔断演变为断线事件。运维人员在事件一后对断线事故认真学习，了解断线事件中电压变化规律，能够快速分析判断并给调度部门提供正确建议，使故障得到较快确证并处理。
5、结论
本文首先通过一起由断线故障引起的电压异常进行分析判断，进而对断线故障的数学模型与变化规律进行了详细阐述。第二起断线事件中，相关人员运用断线故障结论与规律做出快速分析与判断，快速的处置了故障。因此，分析断线故障规律，阐述断线事件处理过程，对今后类似事件的处理具有较强的借鉴意义。
【关键词】断线；电压异常；三相不平衡
The Analysis and Research of Abnormal Voltage caused by Breakage
WANG Qing-hua
（Lian Yungang power supply bureau， Xinpu District， Lian Yungang 222004，China）
ABSTRACT： Single-phase grounding is common in 10kV power system， it is easy to judge single-phase grounding fault. But breakage often occurs， and it is difficult to comprehend breakage fault in theory for substation operation and maintenance workers. This paper delivers vivid analysis and judgement of abnormal voltage change caused by two breakage faults， and the mathematic model and fluctuation rule is elaborated in detail. These analysis and research provide valuable reference for substation operation and maintenance workers to judge and handle similar faults rapidly in future.
Keywords： Breakage fault； Abnormal voltage； Three-phase unbalance
引言
在变电站运行过程中，随着城市电网日益发展，负荷增加和外力破坏引起的配网线路断线故障呈增长态势，本文就两起断线故障进行分析，并探讨断线事件发生后电压变化规律，便于运维和调度人员快速判断和处理类似故障，提高设备的运维水平[1]。
1、断线事件一
1.1事件特征
2011年11月17日，35kV甲变电站10kV II段母线电压异常，具体电压为A相：5.3kV，B相：7.3kV，C相：5.4kV，3U0为26V。
运维人员接到监控中心电话，赶到现场，判断故障可能为单相接地，但电压不平衡特征不明显。
1.2处理过程
2时56分，运维人员对花果山123线路进行试拉，电压不平衡现象更为明显。试拉花果山123线路后，三相电压分别为A相：4.8kV，B相：8.4kV，C相：4.9kV，3U0为34V。
花果山123线路拉开后，电压未恢复正常，说明故障点不在花果山123线路上，但运维人员对电压不平衡加剧现象颇为不解。
3时07分，运维人员又对猴职122线路试拉，电压异常现象消失，确定故障点在猴职122线路上，调度随后将猴职122线路改为检修，并组织配电查线，配电人员对猴职122线路进行巡线，未发现故障点。
5时06分，配调将该猴职122线路主干线恢复送电，各客户支线暂未送电。此时电压指示正常，即A相：6.19kV，B相：6.3kV，C相：5.89kV。
随后配调试送一条客户支线，电压又出现不平衡异常，电压如下：A相为5.2kV，B相为7.2kV，C相为5.4kV。
随后配电安排对试送的客户电气设备检查未发现异常，又对猴职122全线进行巡视，发现猴职122出线1号杆刀闸B相脱落，这是一起典型的断线故障。
从这起事件处理过程可以发现，运维与配调人员对断线事件引起的电压异常规律未正确掌握，导致查找故障时间较长，不利于故障快速查找与处理。
2、10kV系统断线数学模型
2.1数学模型介绍
图1给出了10kV电力系统对地简化的等效的电路图。图1中，N表示虚拟的中性点；UA、UB、UC为A、B、C三相对虚拟中性点表示的系统三相电压，O点表示地；YA、YB、YC分别表示系统三相对地的导纳；表示电源虚拟中性点和地之间的电势差。由于电源的虚拟中性点和地之间没有电流通路，即这两点之间仅有电势差但没有电流，因此在图1中用虚线表示[2]。在分析过程中假设系统电压是理想的，即有：
式（1）
根据基尔霍夫电流定律可知：
----式（2）
由上式可得为：
式（3）
根据等式（1）可以将等式（3）改写成如下形式：
----式（4）其中，。
2.2电压分析
设正常运行时，系统三相对地电容对称相等，即，则。即虚拟中性点电压趋近为零。
当B相断线时，系统B相对地电容减小，极限情况时，，此时：
等式（5）
由式（4）可以知道，中性点电压的大小与断线线路对地电容在系统中的所占份额有关，当母线上只有唯一一条线路且B相缺相运行时，则B相电压指示为。
但在实际运行时，各相对地电容不完全对称，且10kV II母线上有多条线路运行，断线相对地电容电流变化不大，所以虚拟中性点电压应有以下限制条件略为减小。即对应的母线电压现象为断线相电压升高，正常相电压略为降低。 2.3结论
通过上面分析得知，发生断线时，断线相对地电压略升高，另两相对地电压略降低且幅值相等。通过计算可得出最大为0.5倍，最小为0。所以，断线相一般不高于1.5倍相电压，另两相一般不低于0.866倍相电压。
3、断线事件一分析
通过以上数学模型，可以得到事件一为典型的断线故障，电压异常现象也变化规律阐述如下。在断线故障发生前，10kV I段母线三相对地导纳近似相等，因此三相电压指示正常。在猴职122线路1号杆刀闸B相脱落，则此时母线B相对地导纳YB减小，而A、C两相对地导纳YA与YC不变，因此式（4）中虚拟中性点电压 不再为零，A、B、C三相电压指示分别为A相：5.3kV，B相：7.3kV，C相：5.4kV。
当运维人员试拉花果山123线路后，由于花果山123所带三相负荷均衡，A、B、C三相对地导纳YA、YB、YC同时减少则减少量相同，且在式（4）中，B相对地导纳YB相比A、C相对地导纳YA、YC更加不均衡，因此电压偏差进一步加大，A、B、C三相电压显示为：4.8kV、8.4kV、4.9kV。
当运维人员在试拉猴职122线路后，故障点被隔离，YA、YB、YC三相达到平衡，母线三相电压恢复正常。
而在试送成功猴职122线路，当猴职122主干线未带上客户时，A、B、C三相对地导纳YA、YB、YC存在一定不平衡，但10kV II段母线上还带有其他线路负荷，YA、YB、YC三相不平衡度较小，A、B、C三相电压显示较为正常：6.19kV，6.3kV，5.89kV。
当带上客户负荷后，A、C两相对地导纳有增长，而B相对地导纳未增加，三相对地导纳YA、YB、YC间不平衡量增加，因此式（4）中虚拟中性点电压变大，三相电压显示为A相为5.2kV，B相为7.2kV，C相为5.4kV。
4、断线事件二
4.1事件特征
2012年4月6日，监控中心告知35kV甲变10kV II段母线小村124线路发生跳闸，并重合成功，但电压指示异常，监控有单相接地报警信号。运维人员赶到现场，在小村124保护装置上将保护信息抄录如下。
12：39：28：586 过流I段动作
12：39：29：900 重合闸动作
此时A、B、C三相电压指示如下：
A相：7.99kV，B相：4.9kV，C相：5.01kV。
4.2处理过程
运维人员根据断线事件一中电压变化特征和对断线故障的学习，快速判断这是一起较为明显的断线故障。运维人员首先核实小村124开关位置在重合之后确为三相合闸，不存在A相虚合的情况。运维人员随即调阅了小村124开关保护装置的电流信息，A相：0.001A、C相：0.134A。电流信息证实小村124线路发生断线故障。运维人员随即向配调汇报保护装置抄录信息，并提醒配调这是一起断线故障。配电人员立即组织查线，在甲变电所院墙外发现小村124出线0号杆塔熔断器熔断，实际故障与运维人员分析判断相吻合。
4.3分析结论
因此，这是一起短路故障引起跳闸事件，在重合成功后，线路出线0号杆塔熔断器熔断演变为断线事件。运维人员在事件一后对断线事故认真学习，了解断线事件中电压变化规律，能够快速分析判断并给调度部门提供正确建议，使故障得到较快确证并处理。
5、结论
本文首先通过一起由断线故障引起的电压异常进行分析判断，进而对断线故障的数学模型与变化规律进行了详细阐述。第二起断线事件中，相关人员运用断线故障结论与规律做出快速分析与判断，快速的处置了故障。因此，分析断线故障规律，阐述断线事件处理过程，对今后类似事件的处理具有较强的借鉴意义。