一起10kV母線電壓不平衡的原因分析

郭曉艷

一起10kV母線電壓不平衡的原因分析

郭曉艷

本文針對(duì)一所35kV變電站10kV系統(tǒng)發(fā)生接地后出現(xiàn)的三相電壓不平衡現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)電壓互感器和消諧器的試驗(yàn)及原理分析，找到主要原因，得出此次電壓不平衡主要是由消諧器和電壓互感器共同引起的結(jié)論。其位移電壓的大小與電壓互感器勵(lì)磁特性的好壞、三相YH勵(lì)磁電流的一致性及消諧器電阻值的大小有很大的關(guān)系，并提出解決對(duì)策，為正確判斷電壓不平衡的原因提供了參考。

母線電壓不平衡 電壓互感器 消諧器

電力系統(tǒng)三相電壓平衡是電能質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，但是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電壓不平衡的情況，產(chǎn)生電壓不平衡現(xiàn)象的原因有很多，單相接地、電壓互感器保險(xiǎn)熔斷、鐵磁諧振、負(fù)載不平衡等都可能會(huì)引起電壓不平衡的現(xiàn)象，如果不能正確判斷，必然會(huì)影響設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，甚至擴(kuò)大事故。以下就公司系統(tǒng)內(nèi)曾發(fā)生過(guò)的一起電壓不平衡的事件原因進(jìn)行分析探討。

一、故障情況

安康供電公司所屬一座35kV變電站10kV系統(tǒng)發(fā)生接地，在接地持續(xù)兩小時(shí)，故障排除后，10kVⅡ母電壓出現(xiàn)不平衡異常情況，A相電壓為7.3kV、B相電壓為5.4kV、C相電壓為5.7kV。

二、現(xiàn)場(chǎng)檢查及試驗(yàn)

在對(duì)10kVⅡ母YH停電后，檢修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)YH進(jìn)行檢查。該YH型號(hào)為：JDZX9-10，絕緣水平：12/42/75kV，額定電壓：10000/√3/100/√3/100/√3/100/3V，陜西陜開(kāi)互感器有限責(zé)任公司，2011年1月生產(chǎn)，2011年4月投運(yùn)。YH一次繞組末端中性點(diǎn)處串聯(lián)消諧器。

（一）外觀檢查

第一，YH三相表面正常，無(wú)燒灼、裂紋等情況。

第二，消諧器與中線點(diǎn)連接的螺桿絲口存在滑絲，YH中性點(diǎn)與消諧器連接不緊固。

第三，外觀檢查消諧器閥片之間結(jié)構(gòu)松散。

（二）試驗(yàn)項(xiàng)目及數(shù)據(jù)

第一，YH絕緣電阻：A相：10000 MΩ，B相：10000 MΩ，C相：10000 MΩ。

第二，YH一次直阻：A相：515.1Ω，B相：515Ω，C相：524Ω。

第三，YH勵(lì)磁特性試驗(yàn)。阻無(wú)異常，在1.9倍的相電壓下（二次側(cè)110V），三相YH都未飽和，勵(lì)磁電流都不大，折算到一次側(cè)分別是8.7mA、9.6 mA、9 mA，勵(lì)磁特性較好。A、B相YH勵(lì)磁特性相近，C相YH與A、B相相比勵(lì)磁特性有差異。

第二，消諧器電阻過(guò)大（正常為200kΩ左右），閥片散開(kāi)。

結(jié)論：YH運(yùn)行情況良好，無(wú)絕緣損壞、匝間短路等情況；消諧器損壞。

（四）處理過(guò)程

首先對(duì)中性點(diǎn)消諧器進(jìn)行更換。將35kV高橋變電站10kVⅡ母YH中性點(diǎn)消諧器更換為L(zhǎng)XQ（D）Ⅲ-10型，電阻為300kΩ。

更換后恢復(fù)10kVⅡ母YH運(yùn)行（帶消諧器投入）。后臺(tái)機(jī)顯示的10kVⅡ母電 壓 為A相：6.48kV、B相：6.19kV、C相：5.92kV，用萬(wàn)用表測(cè)得的二次電壓為A相：65V、B相：62V、C相：59V，開(kāi)口三角形電壓7.03V，線電壓UAB：108V、UBC：107V、UCA：107V。由以上數(shù)據(jù)可以看出：10kVⅡ母三相線電壓基本平衡，相電壓不平衡現(xiàn)象得到緩解，但仍然有不平衡現(xiàn)象。在申請(qǐng)10kVⅡ母YH停電后，將一次側(cè)的消諧器與中性點(diǎn)連接打開(kāi)，使三只YH中性點(diǎn)直接接地后，10kVⅡ母YH重新帶電。一次電壓為A相：6.2kV、B相：6.2kV、C相：6.2kV，二次電壓為A相：63V、B相：62V、C相：62V，開(kāi)口三角形電壓為0V，可見(jiàn)此時(shí)10kV Ⅱ母三相電壓已基本平衡。

由此可見(jiàn)：三相YH一次繞組中性點(diǎn)經(jīng)消諧器接地會(huì)產(chǎn)生中性點(diǎn)位移電壓。

三、中性點(diǎn)產(chǎn)生位移電壓原因分析

（一）消諧器原理

A相 二次電壓（V） 10.1 20 30.3 40.2 50.2 60.4 70.5 80.3 90.1 100.7 111.4二次電流（A） 0.06 0.10 0.13 0.16 0.19 0.24 0.29 0.35 0.44 0.56 0.72 B相 二次電壓（V） 10.1 20.0 30.8 40.6 50.2 60.0 70.6 80.4 91.1 100 110.1二次電流（A） 0.10 0.16 0.21 0.26 0.31 0.37 0.43 0.51 0.59 0.70 0.82 C相 二次電壓（V） 9.9 19.8 29.7 39.5 49.8 59.9 70.0 80.0 90.7 100.1 111.3二次電流（A） 0.07 0.10 0.14 0.17 0.21 0.25 0.31 0.38 0.48 0.60 0.78

消諧器是安裝在YH一次繞組星形接線中性點(diǎn)與地之間的高容量非線性電

第四，消諧器試驗(yàn)：電阻測(cè)試為100 MΩ。（根據(jù)廠家說(shuō)明書(shū)正常的消諧器電阻應(yīng)為kΩ級(jí)別）。

（三）試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

從以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，可以得出以下結(jié)論：

第一，YH主絕緣良好，一次直流電阻器，起消諧與限流的作用。從消諧、抑制涌流的角度考慮，消諧器的阻值越大越好。但是消諧器阻值過(guò)大，在通流時(shí)消諧器上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電壓，此電壓可能會(huì)燒毀消諧器，并且會(huì)傷害YH高壓尾的絕緣水平。

（二）YH的勵(lì)磁特性

由于電磁式Y(jié)H勵(lì)磁特性具有非線性特征，當(dāng)一次繞組接入電壓所產(chǎn)生的磁通超過(guò)飽和點(diǎn)時(shí)，繞組中勵(lì)磁電流發(fā)生變化，當(dāng)有一定的電流通過(guò)消諧電阻，此時(shí)中性點(diǎn)位移電壓為消諧器電阻上產(chǎn)生電壓。

（三）YH和消諧器對(duì)中性點(diǎn)位移電壓的影響

若三只YH的勵(lì)磁特性相差較大，就相當(dāng)于三相不對(duì)稱負(fù)載，那么流過(guò)中性點(diǎn)的三相勵(lì)磁電流就不為0，在消諧器上將會(huì)產(chǎn)生較大的疊加電壓。此時(shí)中性點(diǎn)位移電壓等于此疊加電壓（且消諧器電阻越大，此疊加電壓越大），零序電壓加在正序的電源電壓上，造成三相電壓不平衡。

通過(guò)以上三個(gè)方面的分析，可以得出：當(dāng)三相YH勵(lì)磁特性不同時(shí)，中性點(diǎn)會(huì)有勵(lì)磁電流，在通過(guò)相等的勵(lì)磁電流時(shí)，消諧器的電阻值越大，中性點(diǎn)電壓偏移越嚴(yán)重，三相電壓越不平衡。

四、結(jié)語(yǔ)

第一，該變電站10kV母線接地故障處理后，10kVⅡ母出現(xiàn)電壓不平衡的現(xiàn)象，是由于消諧器與YH中性點(diǎn)未連接好，中性點(diǎn)與地之間電阻增大，在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，消諧器由于電阻增大，通流能力降低，大電流流過(guò)時(shí)消諧器燒毀導(dǎo)致中性點(diǎn)不接地，造成中性點(diǎn)位移嚴(yán)重。

第二，10kVⅡ母更換消諧器后，仍然存在三相電壓不平衡現(xiàn)象，由10kVⅡ母YH試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，額定電壓下（二次側(cè)60V），A、B、C三相勵(lì)磁電流換算到一次側(cè)分別是2.4mA、3.7mA、2.5mA，B相與A、C相勵(lì)磁特性有差別，大于規(guī)程要求的30%。運(yùn)行中，三相YH勵(lì)磁電流疊加不為0，在消諧器電阻上將產(chǎn)生電壓，引起中性點(diǎn)偏移，使母線電壓不平衡。

由此可見(jiàn)：此起電壓不平衡主要是由消諧器和電壓互感器引起，其位移電壓的大小與電壓互感器勵(lì)磁特性的好壞、三相YH勵(lì)磁電流的一致性及消諧器電阻值的大小有很大的關(guān)系。

（作者單位為國(guó)網(wǎng)安康供電公司）

［1］ 陳天翔，王寅仲.電氣試驗(yàn)（第二版）［M］.中國(guó)電力出版社，2008.

［2］ 陳化鋼，張開(kāi)賢，程玉蘭.電力設(shè)備異常運(yùn)行及事故處理［M］.2008.

［3］ 趙玉林.高電壓技術(shù)［M］.中國(guó)電力出版社，2008.

郭曉艷（1977—），女，陜西白河人，本科，工程師，主要研究方向：高壓電氣試驗(yàn)。］