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摘要：母线电压平衡维护和治理是电力调度中的一项非常重要的工作内容。导致母线电压出现不平衡故障的因素有很多。文章结合工程实例，详细分析了变电站10kv母线电压不平衡产生的原因分析，同时提出了母线电压不平衡的治理方法。
关键词：变电站；10kv母线不平衡；原因分析；处理方法
随着电力行业的不断发展，电网调度自动化系统的作用显得更加的重要，其中母线功率是否平衡是对电能质量进行考核的重要指标，直接的反应了电网的运行状况。如果母线出现功率不平衡的故障，那么必须对产生故障的原因进行及时的分析，并且针对产生的原因进行有效的治理，从而保证电网运行的正常和安全。因此探究变电站10kv母线不平衡的原因及处理方法极为必要。
一、变电站母线保护概述
母线是变电站的重要设备之一，又被称为汇流排，在整个电力运输和配送中起着十分关键的作用，因此，母线保护是变电站继电保护的重要组成部分。母线故障在电力供应中属于非常严重的故障，直接影响了所有母线连接设备的安全可靠运行，容易导致大面积的停电事故和用电设备损坏事故，将对电力系统产生极为不利的影响。母线保护措施和手段必须具备划分内部故障和外部故障的功能，并能确定具体的故障段落，从而立即采取短路故障切除措施，将电力供应中断带来的损失降到最小。在变电站的电力供应系统中，母线的主要功能是将电能进行汇合和分配，当流进母线的电流等于从母线流出的电流时，母线处于正常运行情况，也就是差流为零。当流进母线的电流与从母线流出的电流不相等，也就是差流不为零时，则可判断变电站的电力供应发生了故障。如不能及时解决母线故障，则会造成母线回路内的所有电力设备受到不良影响，导致整个电力供应系统出现问题，而在变电站采取母线保护措施的目的就是保证差流一直维持在零的状态。
二、变电站10kV母线保护工作基本要求
变电站的10kV母线具有短路水平高、影响范围大的特点，10kV母线故障主要是由设备老化、操作失误、自然灾害等引起的，当电力供应系统和设备受到冲击后，绝缘子对地放电，母线回路中产生单相接地故障，随后短路电弧发生位移，母线故障转为两相或三相接地短路。在进行变电站10kV母线保护方案设计过程中，应当充分考虑到保护措施的稳定性和可靠性，有效防止拒动、误动等情况的发生。当变电站10kV母线发生拒动故障时，必须对进线端采取后备过流的操作来消除故障，给电力供应和变电管理造成了麻烦，而误动现象则会直接导致变电站的电力供应不稳定或中断，直接影响电力供应的安全性和有效性。在母线保护装置的结构设置上，应当秉着简单、方便的设计原则，尽量避免一次性增加过多的电力设备和装置，使电力保护操作和电力供应改造工作的实施得以顺利进行。母线保护方式的设置应当尽量不受到电力运行工作的制约或影响，保证电源进线切换、电力元件运行、微机保护等工作流程都能充分适应母线连接方式的改变。
三、实例分析
（一）基本概况
某110kV变电站接线方式为，站内10kV母线为双母线分段运行，两段母线与两台主变分别相连，系统由110kV受电线路供电，经过降压之后运行。
（二）故障现象
2015年5月，110kV某变电站综合测控屏发出告警信号，显示10kV母线电压不平衡，运维检修人员接到调控中心通知后到现场对测控屏第一段母线的位置对三相电压进行了测量，显示数据分别为7.2kV、4.6kV以及1.9kV。然而通常情况下正常值应为6.3kV左右。后来运维检修人员通过查看电网运行方式，将#1、#2主变并列运行后，才使的不平衡的电压得以消除。为了分析变电站10kV母线电压不平衡的原因，对变电站另第二段母线进行了上述的程序试验，试验的结果是母线电压部队称等。如果在母线电压不平衡的条件下持续运行，最后很可能会影响保护装置的正常运行和电能计量出现偏差，严重者还将造成电压互感器绝缘失效，出些损坏烧毁等现象。
（三）故障原因
运维检修人员根据一定的数理分析和实际经验，得出结论导致变电站10kV母线电压不平衡的几种原因主要是：线路裸露金属接地；消弧线圈电阻熄火；三相电线极性反置；保险丝高压熔断；变电设备内部老化等。以下将详细进行分析：
1.线路裸露金属接地
在变电站系统中出现线路裸露金属接地故障时，消弧线圈可以利用自身存在的电阻保证金属接地处的电流稳定，对故障电流的破坏作用起到了很大程度上的限制作用。同时还可以通过保持电压线路和消弧线圈之间的距离来保证线路正常运行，消除共振现象。在电源被切断之后，如果推出消弧线圈，则会显示10kV的电压，在推入消弧线圈时，则电压显示正常。
2.线路为一相线路
如果线路不是三相的，则当程序出现错误时线路不受影响，但是在三相线路中当电源线的正负极连接错误时，三相电压就会显示不平衡。补偿装置在变电站系统内部检测到电流大小不等时，就会将电压自动分配，进而使落差增大。在试验测试中运维检修人员将设备控制置于闭合状态，然后极性检验三相电压系统的电路，当确认各处电路连接处于正常状态之后，接通电源，如果三相电压中有两相电压显示降低，另外一相显示电压升高，则得出结论电压不平衡的故障原因不是电线极性反置引起的。
3.保险丝高压熔断
如果线路的保险丝在高压的情况下因为高温熔断，那么母线电压就会显示降低，电压虽然不等于零但是会无限趋近。因为线路中，电流共振会引发感应电压的出现。10kV母线故障电压中，有两相显示正常，另外一相不为零。通过测压仪在现场作业时进行测试，会发现两相的电压逐渐升高，但是在这两相电压逐步升高时，低压和高压的保险丝运行正常，所以保险丝因为高压高温熔断而致使10kV母线电压不平衡的现象并没有出现，所以这一假设并不成立。
4.变电设备内部老化
假设变电设备内部老化，在变电站其它部分都处于正常的情况下时，通过与变电站电压设备的厂家进行联系，经过运维检修人员对设备进行更换，最后经过测试发现变电站10kV母线电压处于不平衡的状态；之后将相同型号的电压设备换入故障电路中，发现故障并未排除，所以变电设备内部老化的假设尚待考察。
5.铁磁谐振的原因
根据以上对于变电站10kV母线电压不平衡的几种原因的分析，结合有关数据资料，得知铁磁谐振发生原因主要分为三点：
（1）电容器的并联决定铁磁谐振的特性，亦即基频谐振。如果在接通线路时改变位于电力系统中的电线长度，减少电容器电容容量，则电阻和电容就会同步改变。尤其是对母线电路进行充电操作时，地容极易发生改变最后出现分频谐振。
（2）当没有在变压器内设置压力装置，也就是线路空载时，电容器和变压器连接方式的改变都会使并联电容电压难以达到10kV，进而出现铁磁谐振现象。
（3）在雷电袭击等发生突发情况时，以及出现单相接地、单相跳闸、线路金属接地等三相负荷非常规不均衡情况时，变压器铁芯电容会迅速变为饱和状态。因为铁芯饱和、铁磁谐振两者是相互关联的，如果铁芯提前达到临界点变为饱和状态就会改变变压器的特性，进而使电流和电容的变化呈现非线性。其它类似的系统电容器非常规闭合或上述的串联谐振所产生电容都会影响变电站电压系统的串联谐振。所以在变电站的实际运行中，电压运行状态或线路分和的变化会产生大量共振谐波。尤其需要说明的是，在拉合刀闸时，偶尔出现的熔断器失灵故障会导致并联串联谐振发生。因为在匹配回路电感和并联电容器的电容时，为了平衡三相电压会引发铁磁谐振。综合上述变电站10kV母线电压不平衡的现象和具体情况，可以分析总结出故障发生的原因可能是由铁芯在线路系统产生铁磁谐振导致的。在变电站10kV母线电压下，每一相的电压地磁感与它们的对地电容之间会相互激发，最后产生交互的震荡回路。当线路系统各参数饱和之后，一旦高压变压器被闭合，10kV母线开始充电，系统的对地电容和对地磁感会产生比较大的波动，这时候变电站10kV母线电压的数据显示就会与猜测吻合，分别为UA=7.2kV；UB=5.8kV；UC=2.3kV。
（四）变电站10kV母线电压不平衡的防范措施
通过对上述例子的深入分析，运维检修人员关于变电站母线电压不平衡问题提出了几点防范建议。①保证负荷均衡。母线电压不均衡的一个重要原因就是线路所带负荷不均衡，所以要做好运行线路的调控与调度，力求线路负荷平衡，避免负荷在一相或两相大量集中。②补偿中相电容。在实际电网中相对地电容偏低是另一个造成母线电压不平衡的原因，所以补偿中相电容就可以解决这一问题。③正确连接电压互感器。电压互感器是变电站内电压值的所有来源，所以电压互感器是否正确连接对电压数值有着直接的影响。④确保运行模式的安全性。无论是新型的无人值班变电站，还是传统的变电站，都需要高素质的训练有素的人员，相互协调、利用先进的设备，将管理工作共同做好，最终达到自动运行、减人增效的目的。但是另一方面，从安全角度出发，一些变电所在改造之后，必须需要工作人员到场去实施某些操作，并且自动化系统无法完全将某些设备隐患显现出来，所以为了安全运行，就必须要求专业工作人员到场。最后，对于出现故障之后的处理方式，运维检修人员也给出了两点合理的建议，一方面由于在监测到因系统不平衡出现铁磁谐振现象之后，可以通过增加变压器的有功负荷来减小铁磁谐振，所以可以优化电力系统的电容器，在并联电容器组时考虑没有饱和的变压器。另一方面引入非线性电阻消除电压不平衡的故障，因为消谐器是由一种特殊材料制作的电阻，现在大部分在市场上销售买卖的消谐器的材料已经从铝变成了铜，熔点有了明显提高，可以对铁磁谐振的谐振能量起到很好的吸收作用，所以消谐器等非线性电阻对于消除电压不平衡有着很好的效果。
总之，在变电站检修工作中，运维检修人员应该利用自身专业知识，从全局出发整体排查，采取有效积极的防范措施，解决异常的问题，将线路安全隐患排除，确保变电站运行正常，只有这样才能保证工作进行有序，保证设备的安全可靠，保证每项操作无误，最后才能使电网运行安全可靠。
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