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补偿系统电压不平衡的分析与处理
摘要：衡量电能质量是电压、频率。电压不平衡严重影响电能质量，相电压的升高、降低或缺相，会使电网设备的安全运行和用户电压质量受到不同程度的影响，造成补偿系统电压不平衡的原因有很多，本文介绍了引起电压不平衡六种原因，进行详细分析，对于不同的现象进行分析和处理。
关键词：补偿系统电压；不平衡；分析与处理
1 电压不平衡的产生
1．1补偿度不合适所引起的相电压不平衡 网络的对地电容与补偿系统内所有消弧线圈构成以不对称电压UHC 为电源的串联谐振回路，中性点位移电压为：
UN＝〔uo /（P+jd）〕·Ux
式中：uo为网络的不对称度， 一系统补偿度：d为网络的阻尼率，约等于5 %；U为系统电源相电压。由上式可以看出，补偿度越小，中性点电压就越高，为了使得正常时中性点电压不致于过高，在运行中必须避免谐振补偿和接近谐振补偿，但在实际情况下却时常出现：①补偿度偏小时，因电容电流和消弧线圈电感电流IL=Uφ／2πfL 由于运行电压、周波的变化，都能引起IC 和IL 的变化，从而改变了旧的补偿度，使系统接近或形成谐振补偿。②线路停止供电，操作人员在调整消弧线圈时，将分接开关不慎投在不适当的位置，造成明显的中性点位移，进而出现相电压不平衡德现象。③在欠补偿运行的电网里，有时因线路跳闸，或因限电、检修而导致线路停电，或因在过补偿电网里投入线路，均会出现接近或形成谐振补偿，造成较严重的中性点位移，出现相电压不平衡。
1.2 电压监视点PT 断线出现的电压不平衡 PT 二次熔丝熔断和一次刀闸接触不良或非全相操作出现的电压不平衡的特点是；接地信号可能出现（PT 一次断线），造成断线相的电压指示很低或无指示，但无电压升高相，且此现象只是在某个变单独出现。
1.3 系统单相接地引起的电压不平衡 补偿系统正常时不对称度很小，电压不大，中性点的电位接近大地的电位。当线路、母线或带电设备上某一点发生金属性接地时，与大地同电位，两正常相的对地电压数值上升为相间电压， 产生严重的中性点位移，其特点有：接地相电压的电阻不同，两正常相电压接近或等于线电压，且幅值基本上是相等的，中性点位移电压的方向与接地相电压在同一直线上，与之方向相反，其相量关系如图2所示。
1.4 线路单相断线引起的电压不平衡 造成单相断线后，网内参数发生不对称变化，使之不对称度明显增大造成电网中性点出现较大的位移电压，致使系统三相对地电压不平衡。系统单相断线后，以往的经验是断线相电压升高，两正常相电压降低。但是，因单相断线位置、运行条件和影响因素的不同，中性点位移电压的方向、大小和各相对地电压指示，都不尽相同；有时两正常相对地电压升高，幅值不等或相等，断线相电源外对地电压降低；或一正常相对地电压降低，断线相和另一正常相对地电压升高却幅值不等。
1.5 其他补偿系统感应耦合引起的电压不平衡 两个补偿系统分别送电的两条线路较近且平行段较长，或同杆架设交叉开口备用时，二者经并行线路之间的电容构成串联谐振回路。出现相对地电压不平衡。
1.6 谐振过电压出现的相电压不平衡 电网中许多非线性电感元件如变压器、电磁式电压互感器等，与系统的电容元件组成许多复杂的振荡回路。空母线充电时，电磁式电压互感器各相与网络的对地电容组成独立的振荡回路，可能产生两相电压升高、一相电压降低或相反的相电压不平衡，这种铁磁谐振，只在用另外电压等级的电源，经变压器对空母线充电时，在这仅有的一个电源母线上出现。在一个电压等级的系统里，由送电干线对所带的二次变电所母线充电时，不存在这一问题，要避免空充母线要带一条长线路一起充电。
2 系统运行中各种电压不平衡的判断和处理
系统运行中出现了相电压不平衡的状况时，多数伴有接地信号，但电压不平衡却并非全属接地，不能盲目地选线，应从以下几方面分析判断：
2.1 从相电压不平衡范围查找原因
2.1.1 如电压不平衡仅限于一个监视点且无电压升高相，造成用户无缺相反应时，则是本单位PT 回路断线．此时只考虑带电压元件的保护能否误动和影响计量间题。不平衡的原因是否因为主回路负载连接不平衡，导致显示不平衡，还有是否是显示屏幕出现故障引起的。
2.1.1 如电压不平衡在系统内各电压监视点同时出现，应检查各监视点的电压指示。不平衡电压很明显，且有降低相和升高相，各电压监视点的指示又基本相同，各送电线路末端二次均无缺相反应时，说明系统已接近谐振补偿运行。造成电压异常的情况还有可能如母线压变接触不良等很特别情况。也还可能几种原因混在一起，如仍无法弄清异常原因，将异常部分退出运行，交给检修人员处理。作为调度及运行人员，判断出异常原因在母线压变及以下回路，并恢复系统电压正常即可。原因可能有：①补偿度不合适，或调整操作消弧线圈时有误。②欠补偿系统，有参数相当的线路事故跳闸。③负荷低谷时，周波、电压变化较大。④其它补偿系统发生接地等不平衡事故后，引起该系统中性点位移，补偿间题引起的电压不平衡，应调整补偿度。
欠补偿运行电网线路跳闸引起的电压不平衡，要设法改变补偿度，调整消弧线圈。网内负荷处于低谷，周波、电压升高时出现的电压不平衡，可等不平衡自然消失后，再调整消弧线圈。作为调度员，应掌握这些特征，以准确判断，快速处理运行中可能出现的各种异常。单一特征的判断相对容易，两种及以上情况复合性故障引起的电压异常，判断与处理较为复杂。如单相接地或谐振常常伴有高压熔丝熔断和低压熔丝熔断。而高压熔丝不完全熔断时，接地信号是否发出，取决于接地信号的二次电压整定值和熔丝熔断程度。从实际运行情况看，电压异常时，常出现二次回路异常，此时电压高低与接地信号是否发出，参考价值不大。寻找排查规律，对电压异常处理尤为重要。
2.2 根据相电压不平衡的幅度判断原因 如系统运行中各变电所都出现严重的相电压不平衡，说明网内已有单相接地或干线部分单相断线，应迅速调查各电压监视点的各相电压指示情况，作出综合判断，如是单纯的一相接地，可按规定的选线顺序选线查找．从电源变电所出口先选，即”先根后梢”的原则选出接地干线后，再分段选出接地段。
2.3 结合系统设备的运行变化判断原因 ①变压器三相绕组中某相发生异常，输送不对称电源电压。②输电线路长，导线截面大小不均，阻抗压降不同，造成各相电压不平衡。③动力、照明混合共用，其中单相负载多，如：家用电器、电炉、焊机等过于集中于某一相或某二相，造成各相用电负荷分布不均，使供电电压、电流不平衡。
综上所述经消弧线圈接地的小电流接地系统（补偿系统）在运行中，相电压不平衡现象时有发生，并因产生的原因不同，不平衡的程度和特点也不尽相同。但总的情况是电网已处在异常状态下运行，相电压的升高、降低或缺相，会使电网设备的安全运行和用户生产受到不同程度的影响。
参考文献：
[1] 程浩忠,吴浩.电力系统无功与电压稳定性[M].中国电力出版社，2004.
[2] 陈珩.电力系统稳态分析[M]（第三版）.中国电力出版社，2007.
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