變電站35kV 系統(tǒng)電壓不平衡的研究與治理

劉彥生 張 明 王勇煥 丁 毅

（1.河南油田水電廠，河南 南陽(yáng) 473132；2.河南油田油建工程建設(shè)公司，河南 南陽(yáng) 473132）

河南油田五里崗變電站為110kV降壓變電站，主變?yōu)闉?10/35/6kV三圈變壓器。近年來(lái)，該站在35kV系統(tǒng)運(yùn)行方式調(diào)整時(shí)曾多次出現(xiàn)過(guò)電壓不平衡現(xiàn)象。如：2010年7月31日16：30，35kV雙井線退出運(yùn)行時(shí)，中央信號(hào)盤(pán)報(bào)35kV系統(tǒng)單相接地信號(hào)，同時(shí)三相電壓嚴(yán)重不平衡，A、B、C三相電壓分別為：20kV、26kV、20kV，三相電壓不平衡度達(dá)到27.3%，B相運(yùn)行電壓超過(guò)額定電壓的30%。

1 中性點(diǎn)不對(duì)稱電壓

對(duì)于中性點(diǎn)絕緣電網(wǎng)，特別是中壓電網(wǎng)，當(dāng)線路未換位或換位不好時(shí)，電網(wǎng)的三相對(duì)地電容互不相等。因此，中性點(diǎn)對(duì)地必然存在一定數(shù)值的對(duì)地電位差，即所謂的“不對(duì)稱電壓”。當(dāng)消弧線圈投入運(yùn)行后，電網(wǎng)的三相對(duì)地電容與消弧線圈的電感便會(huì)構(gòu)成串聯(lián)諧振回路。如果消弧線圈恰好在諧振點(diǎn)附近運(yùn)行，此時(shí)便會(huì)出現(xiàn)電壓諧振現(xiàn)象，使電網(wǎng)的中性點(diǎn)發(fā)生顯著的位移，嚴(yán)重破壞三相電壓的對(duì)稱平衡。長(zhǎng)期運(yùn)行危及設(shè)備絕緣，釀成設(shè)備損壞事故或引起電網(wǎng)單相接地及短路跳閘故障。DL/T 620—1997《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》規(guī)定：中壓電網(wǎng)的最高允許不平衡電壓不得超過(guò)額定電壓的15%。

1.1 不對(duì)稱電壓

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)，在消弧線圈投入運(yùn)行前或退出運(yùn)行后，電網(wǎng)中性點(diǎn)處于不接地狀態(tài)下運(yùn)行，中性點(diǎn)對(duì)地的不對(duì)稱電壓為

式中，u00為網(wǎng)絡(luò)的不對(duì)稱度，架空線路電網(wǎng)的不對(duì)稱度通常為0.5%～1.5%；d為網(wǎng)絡(luò)的阻尼率，一般為1.5%～2.0%；Uφ為相電壓。

1.2 位移電壓（U0）

當(dāng)消弧線圈投入運(yùn)行后，補(bǔ)償電網(wǎng)在正常運(yùn)行情況下，消弧線圈的電感與電網(wǎng)的三相對(duì)地電容構(gòu)成電壓諧振回路。由于電網(wǎng)中性點(diǎn)有不對(duì)稱電壓U00的存在，回路中就有零序電流I0流過(guò)，于是在消弧線圈的兩端產(chǎn)生了電位差，該電位差即為通常所稱的中性點(diǎn)位移電壓U0。

式中，υ為脫諧度。

2 變電站35kV系統(tǒng)電壓不平衡分析

2.1 35kV系統(tǒng)運(yùn)行方式

五里崗變電站35kV系統(tǒng)為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，消弧線圈為預(yù)調(diào)試，型號(hào)為XDZJ1-500/35，調(diào)節(jié)檔位數(shù)為14檔，補(bǔ)償電流為10～25A，每檔級(jí)差為1.1A、1.2A。

五里崗變電站35kV系統(tǒng)包括以下兩種運(yùn)行方式：

方式1：五雙線－雙井線－井樓開(kāi)關(guān)站，井古線、五下線、里王線線路充電，五安線、五雷線運(yùn)行。

方式2：五雙線－雙井線，五下線、里王線線路充電，五安線、五雷線運(yùn)行。

2.2 電壓不平衡原因分析

方式1：電網(wǎng)不對(duì)稱電壓U00=0.133kV，消弧線圈在3檔運(yùn)行，補(bǔ)償電流IL=12.3A，系統(tǒng)電容電流IC=19.08A，失諧度υ=(IC-IL)/IC=(19.08-12.3)/19.08=35.5%，阻尼率d取1.5%，則中性點(diǎn)位移電壓為

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)到的中性點(diǎn)位移電壓為 0.344kV，考慮到系統(tǒng)電容電流的測(cè)量誤差，理論計(jì)算值基本與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際值吻合；消弧線圈投入運(yùn)行后電網(wǎng)不對(duì)稱電壓被放大2.86倍。

方式2：電網(wǎng)不對(duì)稱電壓U00=0.228kV，消弧線圈在3檔運(yùn)行，補(bǔ)償電流IL=12.3A（3檔），系統(tǒng)電容電流IC=11.7A，則失諧度υ=（IC-IL）/ IC=（11.75-12.3）/11.7=-5.13%。阻尼率d取1.5%，則中性點(diǎn)位移電壓為

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)到的中性點(diǎn)位移電壓 4.88kV、為24%Uφ，理論計(jì)算值與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試值差別的原因?yàn)橄到y(tǒng)電容電流測(cè)量誤差所致；消弧線圈投入運(yùn)行后電網(wǎng)不對(duì)稱電壓被放大了20.4倍。

通過(guò)上述理論計(jì)算可知，該站在運(yùn)行方式2下中性點(diǎn)位移電壓較大，造成三相電壓嚴(yán)重不平衡的根本原因?yàn)椋孩匐娋W(wǎng)不對(duì)稱電壓較大，U00=0.228kV；②消弧線圈中性點(diǎn)無(wú)限壓措施。

“預(yù)調(diào)式”消弧線圈在電網(wǎng)單相接地故障發(fā)生前，即調(diào)整消弧線圈接近諧振點(diǎn)運(yùn)行，失諧度υ=-5%～-10%，易使中性點(diǎn)位移電壓被放大后不滿足要求。該站中性點(diǎn)位移電壓被放大20.4倍，為額定相電壓的24%，遠(yuǎn)大于規(guī)程規(guī)定的不超過(guò)15%額定相電壓。

3 治理措施

3.1 合理調(diào)整消弧線圈檔位

按照失諧度 υ=-5%～-10%、補(bǔ)償后的殘流Iδ≤5A的標(biāo)準(zhǔn)合理調(diào)整消弧線圈檔位。在方式1下運(yùn)行時(shí)，消弧線圈調(diào)為 10檔，補(bǔ)償電流為 20.4A，Iδ=1.32A。υ=-6.9%；在方式2下運(yùn)行時(shí)，消弧線圈調(diào)為3檔，補(bǔ)償電流為12.3A，Iδ=0.6A，υ=-5.1%。

3.2 消弧線圈中性點(diǎn)串聯(lián)限壓電阻

根據(jù)該站不同運(yùn)行方式下電網(wǎng)最大不對(duì)稱電壓及消弧線圈補(bǔ)償電流最小檔位的感抗，由公式d計(jì)算出限壓電阻R=152Ω，取150Ω。

限壓電阻采用真空接觸器和晶閘管雙短接措施，如圖1所示。

圖1 預(yù)調(diào)式消弧線圈限壓電阻接線圖

電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，消弧線圈通過(guò)限壓電阻接地，抑制電網(wǎng)中性點(diǎn)位移電壓的升高；電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)，真空接觸器和晶閘管動(dòng)作接點(diǎn)閉合，將限壓電阻短接，避免通過(guò)較大的接地電流使限壓電阻燒毀。

4 結(jié)論

2011年4月，在該站35kV系統(tǒng)消弧線圈中性點(diǎn)安裝阻尼電阻箱及自動(dòng)調(diào)諧控制器一套。裝置投運(yùn)后，35kV系統(tǒng)在不同運(yùn)行方式下，系統(tǒng)三相電壓差別不大，未再出現(xiàn)電壓嚴(yán)重不平衡及系統(tǒng)虛報(bào)單相接地現(xiàn)象。如在方式2下運(yùn)行，A、B、C三相電壓分別為：21.5kV、22kV、20.8kV，三相電壓不平衡度為5.6%，B相最高不平衡電壓超過(guò)額定電壓的8.9%，小于規(guī)程規(guī)定的15%。