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【摘 要】本文根据近二十年来电力网运行中所经历到电压不平衡问题，进行分析、总结，以便提高华能电力系统发电厂、变电站电气值班员处理此方面问题判别、处理能力。
【关键词】过电压；系统；平衡；故障；谐振
电力系统中时常出现雷击过电压、操作过电压、事故过电压等，其中包括不对称短路引起的过电压、谐振过电压等，这些过电压有可能给高压电力设备造成严重损坏，国内外有许多这方面论述、措施，但对电力系统电压相间不平衡问题，讨论、分析得很少，相电压不平衡问题（升高、降低等），也会使电网设备的安全运行和生产受到不程度的影响，所以有必要加以分析、处理；发电机、调相机、变压器相电压不平衡的问题，其不平衡度较小，一般满足系统的规程要求，本文不再讨论。本文着重分析、研究系统非故障下的相电压不平衡的问题。
一、系统电压不平衡的分析
1.系统感应偶合引起的电压不平衡问题
系统分别送电的两条线路较近且平行段较长，或同杆架设、交叉备用处于空载时，行线路之间的电容构成串联揩振回路。当一个网内发生单相接地等严重的不平衡事故时，由于并行线路间静电感应的诱导作用，使另一个电网中性点也发生位移，出现相对地电压不平衡。但是，非事故网内，各电压监视点的相电压不平衡指示基本接近相同，电压降低相不会为零值。
2.电压互感器PT断线出现的电压不平衡的问题
PT二次保险丝熔断或开关断，以及一次刀闸接触不良或非全相（同期、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）断线相的电压指示很低或无指示，但无电压升高相，且此现象只在一个厂或变电所出现。
3.补偿度引起系统相电压不平衡的问题
由上式可见，补偿度越小，中性点电压越高。为了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。但由于以下原因，这些情况，却时常出现：
从而改变了原来的补偿度，使系统接近或形成谐振补偿。早期东北电网长期低周波运行时，此种现象常发生。特别是电容电流偏小的小网，残流过小时，运行参数一有变化，很容易接近谐振补偿。所以，在保证消弧效果的情况下，补偿度应该相应整定得稍大些。
（2）线路停电，操作人员在调整消弧线圈时，将分接开关误投在不适当的位置，补偿度发生变化，结果网内可能会产生明显的中性点位移，出现相电压不平衡。
（3）在欠补偿运行的电网里，有时因线路跳闸或因限电、检修线路停电时，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，产生较严重的中性点位移，出现相电压不平衡。
4.电网非直接系统的单相接地引起的电压不平衡
补偿系统正常时不对称度很少，不对称电压不大，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，接地相与大地同电位，两正常相的对地电压数值上升为相间电压，系统中性点与大地间加上了电源接地相电压。其特点是：接地相电压因接地电阻而不同而有较小电压。两正常相电压接近或等于线电压，且幅值基本相等。中性点位移电压的方向，与接地相电压在同一直线上，与接地相电压方向相反。此时对经变压器耦合中性点不接地的二次配电系统无影响。并且只要接地同时未发生断线，各电压监视点的指示则基本相同。另外，接地相有残流通过，所以该相线路无功会有明显地变化。
5.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、消弧圈等，它们和系统的电容元件组成许多复杂的振荡回路，如满足一定条件时，就可能激发起铁磁谐振过电压。
（1）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。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。所以，要避免空充母线，而带一条长线路一起充电。
（2）断线即系统中发生不对称断开时，也会产生铁磁谐振过电压，如是基波荡时则表现为幅度很高的电压不平衡。
（3）用电磁式电压互感器在两高压电源间定相时，也会引起系统相电压不平衡的铁磁谐振。
6.运行参数不对称引起电压不平衡
系统网络的由于运行参数不对称引起系统相电压不平衡的问题，某条线路负荷的严重不平衡，会因各相压降不同而出现相电压不平衡。这种现象的叠加，必然在电源电网里有所反映。由于送电线路不换相或换相不均，造成以地电容不平衡，致使各相电压不平衡。上述的电压不平衡是稳定的，一般不会超过额定相电压的5%，是允许的。
二、系统运行各种电压不平衡的判断和处理
1.相电压不平衡范围相别原因
如主变二次PT回路、配电线路均有缺相反映、而一次PT回路指示正常时，是主变线圈、一二次开关、刀闸、CT和引线等在内的回路断线。
若电厂、变电所一、二次PT回路和配电线路都有缺相反映时，是一次电源有断线故障。
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，但10+-%额定相电压，且有降低相和升高相，各电压监视点的指示又基本相同，各出口电线路末端二次均无缺相反映时，说明系统已接近谐振补偿运行。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。补偿问题引起的电压不平衡，应调整补偿度，但要慎重处理。如消弧线圈调整可能有误，带消弧线圈的主变负荷又有转移条件时，应将负荷转移后，用主变一次开关停运消弧的电压不平衡，可等不平衡自然消失后，再调整消弧线圈。如电网运行条件（保护、潮流）允许，也可用环网改变补偿度，再调整消弧线圈。发生感应耦合电压不平衡现象时，应与有较近且长线路的另外补偿电网联系，将两个网的相电压不平衡进行比较，中性点位移严重或相电压有不同指示者，即事故所在网。虽然不平衡电压≯10-+%额定相电压，同一系统内各电压监视点的指示又大部分相似，但在一条线路后面的电压指示不同。或二次又有缺相反映，说明这条线路末端已有单相断线。
2.根据相电压不平衡的幅度判断原因
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（发电厂、一 次变）出口先选的原则，选出接地干线后，再分段选出接地段。
如各电压监视点的相电压指示特点，都不是接地或不全是接地，且有区别时，则把某一条线路一相断线或又有某一端接地了。此时线路沿线二次变的相电压指示有与电源侧母线相电压指示规律不同者，即断线线路。
3.结合系统设备的运行变化判断原因
（1）在电压不平衡前曾操作线路开关时，可能因开关原因形成不对称断开，而出现单相断线的相电压不平衡。如是切开关后出现，应立即合上；如是合开关后出现，应立即断开。
（2）如电压不平衡是在电源变电所对空母线充电时出现，且不平衡严重，则是引起了铁磁谐振。应立即断电或送出线路，破坏谐振条件。
（3）如在出现相电压不平衡前操作了消弧线圈或停、送了线路，应根据中性点位移电压的大小，决定是否再调整消弧线圈或投切线路。
（4）当出现电压不平衡前，有线路事故跳闸又重合或强投成功，系统可能带上了由短路事故造成的单相接地或断线线路。
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，电网已处于异常状态下运行，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。
【关键词】过电压；系统；平衡；故障；谐振
电力系统中时常出现雷击过电压、操作过电压、事故过电压等，其中包括不对称短路引起的过电压、谐振过电压等，这些过电压有可能给高压电力设备造成严重损坏，国内外有许多这方面论述、措施，但对电力系统电压相间不平衡问题，讨论、分析得很少，相电压不平衡问题（升高、降低等），也会使电网设备的安全运行和生产受到不程度的影响，所以有必要加以分析、处理；发电机、调相机、变压器相电压不平衡的问题，其不平衡度较小，一般满足系统的规程要求，本文不再讨论。本文着重分析、研究系统非故障下的相电压不平衡的问题。
一、系统电压不平衡的分析
1.系统感应偶合引起的电压不平衡问题
系统分别送电的两条线路较近且平行段较长，或同杆架设、交叉备用处于空载时，行线路之间的电容构成串联揩振回路。当一个网内发生单相接地等严重的不平衡事故时，由于并行线路间静电感应的诱导作用，使另一个电网中性点也发生位移，出现相对地电压不平衡。但是，非事故网内，各电压监视点的相电压不平衡指示基本接近相同，电压降低相不会为零值。
2.电压互感器PT断线出现的电压不平衡的问题
PT二次保险丝熔断或开关断，以及一次刀闸接触不良或非全相（同期、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）断线相的电压指示很低或无指示，但无电压升高相，且此现象只在一个厂或变电所出现。
3.补偿度引起系统相电压不平衡的问题
由上式可见，补偿度越小，中性点电压越高。为了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。但由于以下原因，这些情况，却时常出现：
从而改变了原来的补偿度，使系统接近或形成谐振补偿。早期东北电网长期低周波运行时，此种现象常发生。特别是电容电流偏小的小网，残流过小时，运行参数一有变化，很容易接近谐振补偿。所以，在保证消弧效果的情况下，补偿度应该相应整定得稍大些。
（2）线路停电，操作人员在调整消弧线圈时，将分接开关误投在不适当的位置，补偿度发生变化，结果网内可能会产生明显的中性点位移，出现相电压不平衡。
（3）在欠补偿运行的电网里，有时因线路跳闸或因限电、检修线路停电时，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，产生较严重的中性点位移，出现相电压不平衡。
4.电网非直接系统的单相接地引起的电压不平衡
补偿系统正常时不对称度很少，不对称电压不大，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，接地相与大地同电位，两正常相的对地电压数值上升为相间电压，系统中性点与大地间加上了电源接地相电压。其特点是：接地相电压因接地电阻而不同而有较小电压。两正常相电压接近或等于线电压，且幅值基本相等。中性点位移电压的方向，与接地相电压在同一直线上，与接地相电压方向相反。此时对经变压器耦合中性点不接地的二次配电系统无影响。并且只要接地同时未发生断线，各电压监视点的指示则基本相同。另外，接地相有残流通过，所以该相线路无功会有明显地变化。
5.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、消弧圈等，它们和系统的电容元件组成许多复杂的振荡回路，如满足一定条件时，就可能激发起铁磁谐振过电压。
（1）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。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。所以，要避免空充母线，而带一条长线路一起充电。
（2）断线即系统中发生不对称断开时，也会产生铁磁谐振过电压，如是基波荡时则表现为幅度很高的电压不平衡。
（3）用电磁式电压互感器在两高压电源间定相时，也会引起系统相电压不平衡的铁磁谐振。
6.运行参数不对称引起电压不平衡
系统网络的由于运行参数不对称引起系统相电压不平衡的问题，某条线路负荷的严重不平衡，会因各相压降不同而出现相电压不平衡。这种现象的叠加，必然在电源电网里有所反映。由于送电线路不换相或换相不均，造成以地电容不平衡，致使各相电压不平衡。上述的电压不平衡是稳定的，一般不会超过额定相电压的5%，是允许的。
二、系统运行各种电压不平衡的判断和处理
1.相电压不平衡范围相别原因
如主变二次PT回路、配电线路均有缺相反映、而一次PT回路指示正常时，是主变线圈、一二次开关、刀闸、CT和引线等在内的回路断线。
若电厂、变电所一、二次PT回路和配电线路都有缺相反映时，是一次电源有断线故障。
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，但10+-%额定相电压，且有降低相和升高相，各电压监视点的指示又基本相同，各出口电线路末端二次均无缺相反映时，说明系统已接近谐振补偿运行。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。补偿问题引起的电压不平衡，应调整补偿度，但要慎重处理。如消弧线圈调整可能有误，带消弧线圈的主变负荷又有转移条件时，应将负荷转移后，用主变一次开关停运消弧的电压不平衡，可等不平衡自然消失后，再调整消弧线圈。如电网运行条件（保护、潮流）允许，也可用环网改变补偿度，再调整消弧线圈。发生感应耦合电压不平衡现象时，应与有较近且长线路的另外补偿电网联系，将两个网的相电压不平衡进行比较，中性点位移严重或相电压有不同指示者，即事故所在网。虽然不平衡电压≯10-+%额定相电压，同一系统内各电压监视点的指示又大部分相似，但在一条线路后面的电压指示不同。或二次又有缺相反映，说明这条线路末端已有单相断线。
2.根据相电压不平衡的幅度判断原因
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（发电厂、一 次变）出口先选的原则，选出接地干线后，再分段选出接地段。
如各电压监视点的相电压指示特点，都不是接地或不全是接地，且有区别时，则把某一条线路一相断线或又有某一端接地了。此时线路沿线二次变的相电压指示有与电源侧母线相电压指示规律不同者，即断线线路。
3.结合系统设备的运行变化判断原因
（1）在电压不平衡前曾操作线路开关时，可能因开关原因形成不对称断开，而出现单相断线的相电压不平衡。如是切开关后出现，应立即合上；如是合开关后出现，应立即断开。
（2）如电压不平衡是在电源变电所对空母线充电时出现，且不平衡严重，则是引起了铁磁谐振。应立即断电或送出线路，破坏谐振条件。
（3）如在出现相电压不平衡前操作了消弧线圈或停、送了线路，应根据中性点位移电压的大小，决定是否再调整消弧线圈或投切线路。
（4）当出现电压不平衡前，有线路事故跳闸又重合或强投成功，系统可能带上了由短路事故造成的单相接地或断线线路。
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，电网已处于异常状态下运行，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。