35kV系統(tǒng)三相電壓不平衡現(xiàn)象分析

粵電集團(tuán)貴州有限公司 劉志其

在35kV系統(tǒng)中，經(jīng)常出現(xiàn)三相電壓不平衡現(xiàn)象，其產(chǎn)生的原因多種多樣，如不及時(shí)查出原因，可能使設(shè)備受到嚴(yán)重威脅，甚至擴(kuò)大事故。本文結(jié)合故障實(shí)例重點(diǎn)分析了系統(tǒng)接地、線(xiàn)路斷線(xiàn)、鐵磁諧振、PT二次回路異常、PT熔絲熔斷等故障原因，并進(jìn)行了詳細(xì)的故障現(xiàn)象描述，以便現(xiàn)場(chǎng)人員能夠快速準(zhǔn)確查出故障，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

一、概述

某風(fēng)電場(chǎng)升壓站建好反送電運(yùn)行幾天后，觀察35kV母線(xiàn)電壓，發(fā)現(xiàn)三相電壓嚴(yán)重不平衡，隨之后臺(tái)監(jiān)控裝置顯示1號(hào)主變低后備保護(hù)—低壓側(cè)復(fù)壓動(dòng)作，查閱監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)：AB相間電壓平均為30.66V，BC相間電壓平均為30.12V，CA相間電壓平均為35.51V，A相平均電壓為20.32kV，B相平均電壓為15.19kV，A相平均電壓為20.43kV，零序平均電壓為2.66kV；二次側(cè)A相電壓為58.1V，二次側(cè)B相電壓為43.6V，二次側(cè)C相電壓為58.2V，二次側(cè)零序電壓為9.1V。

為了準(zhǔn)確的判斷故障類(lèi)型，查取35kV母線(xiàn)三相電壓故障錄波圖，如圖1所示。由錄波圖可知：A、C相電壓波形正常，B相電壓波形發(fā)生畸變，波形近似為三角波，且每個(gè)周波畸變部位相同，這是系統(tǒng)存在諧波分量造成的。

圖1 35kV母線(xiàn)三相電壓故障錄波圖

二、故障原因分析

造成35kV母線(xiàn)電壓不平衡的主要原因有以下幾種：（1）系統(tǒng)接地；（2）線(xiàn)路斷線(xiàn)；（3）鐵磁諧振；（4）PT二次回路異常；（5）PT熔絲熔斷。

三、故障現(xiàn)象描述

（1）本電場(chǎng)采用小電阻接地方式，如圖2所示，電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，由于電纜電網(wǎng)的不對(duì)度較小，還有中性點(diǎn)接地電阻強(qiáng)阻尼作用，可不考慮變壓器中性點(diǎn)電壓偏移影響（張俊華.配電網(wǎng)中性點(diǎn)電阻接地方式研究及接地電阻器的開(kāi)發(fā)[D].長(zhǎng)沙:湖南大學(xué),2009）。若發(fā)生單相接地故障時(shí)，設(shè)系統(tǒng)正常相電壓為U0，故障點(diǎn)電流為Ig，則發(fā)生故障時(shí)正常相的相電壓變成原來(lái)的倍，電壓向量如圖3所示。即即故障點(diǎn)的電流Ig= — ( IR+ IB+ IC)。綜上所述，發(fā)生接地故障時(shí)，小電阻接地系統(tǒng)電壓變化特性類(lèi)似于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，電流變化特性類(lèi)似于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)。

圖2 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地原理圖

圖3 電壓向量圖

若發(fā)生金屬性接地時(shí)，則故障相電壓為零，非故障相電壓上升為線(xiàn)電壓，此時(shí)PT的輔助繞組開(kāi)口三角電壓為100V，保護(hù)裝置發(fā)出接地信號(hào)；若發(fā)生非金屬接地時(shí)，故障相電壓低于正常線(xiàn)電壓，非故障相電壓高于正常相電壓，低于正常線(xiàn)電壓，此時(shí)開(kāi)口三角電壓小于100V。雖然相電壓不平衡，但是線(xiàn)電壓卻基本保持不變。

（2）35kV線(xiàn)路斷線(xiàn)時(shí)，不僅會(huì)引起三相電壓不平衡，而且會(huì)引起線(xiàn)電壓降低。當(dāng)上一電源側(cè)即電源側(cè)線(xiàn)路單相斷線(xiàn)時(shí)，表現(xiàn)為故障相電壓升高，一般小于1.5倍相電壓，非故障兩相電壓降低且相等，一般不低于0.87倍相電壓；斷線(xiàn)相相電壓升高的原因?yàn)閿嗑€(xiàn)將引起三相電壓及電流不對(duì)稱(chēng)，系統(tǒng)處于非全相運(yùn)行狀態(tài)，造成系統(tǒng)中各相對(duì)地電容變化，導(dǎo)致變壓器中性點(diǎn)偏移；電壓升高的幅度與斷線(xiàn)點(diǎn)和母線(xiàn)的距離相關(guān)，距離母線(xiàn)越近電壓越高，反之則越低。當(dāng)下一個(gè)電壓等級(jí)即負(fù)荷側(cè)線(xiàn)路單相斷線(xiàn)時(shí)，三相相電壓都降低，其中故障相電壓較低，非故障相電壓較高且比較接近。

（3）在PT對(duì)地的感抗與電網(wǎng)對(duì)地電容匹配的情況下，由于對(duì)只帶PT的空母線(xiàn)突然合閘或者系統(tǒng)發(fā)生接地故障，會(huì)導(dǎo)致PT出現(xiàn)很大的勵(lì)磁涌流，引起PT鐵芯飽和，促使其三相對(duì)地導(dǎo)納不對(duì)稱(chēng)，發(fā)生鐵磁諧振。鐵磁諧振分為基波（工頻）諧振、分頻諧振、高頻諧振（李國(guó)友,曹琪琳.電壓互感器一次側(cè)加裝消諧器后三相電壓不平衡原因分析[J].高壓電器,2008,44(2):187-189）。

基波諧振現(xiàn)象是一相（兩相）對(duì)地電壓升高，高于線(xiàn)電壓，一般小于3倍相電壓，兩相（一相）對(duì)地電壓降低，但不為0，中性點(diǎn)產(chǎn)生不同程度的零序電壓，開(kāi)口三角電壓一般小于100V；分頻諧振現(xiàn)象是三相電壓同時(shí)升高或依次輪流升高，并在相同范圍內(nèi)以低頻周期性擺動(dòng)，電壓升高一般小于2倍相電壓，中性點(diǎn)產(chǎn)生零序電壓，開(kāi)口三角電壓一般小于100V；高頻諧振現(xiàn)象是三相電壓同時(shí)升高，高于線(xiàn)電壓，一般小于3.5倍相電壓，中性點(diǎn)產(chǎn)生較高的零序電壓，開(kāi)口三角電壓一般大于100V。此外，發(fā)生鐵磁諧振時(shí)線(xiàn)電壓一般不會(huì)改變。

（4）PT二次回路異常一般比較復(fù)雜，表現(xiàn)形式各樣，一般需要現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)分析與檢測(cè)，主要分為PT二次兩點(diǎn)接地、PT二次側(cè)N600（中性線(xiàn)）斷線(xiàn)、PT二次回路斷線(xiàn)等幾種情況。其中PT二次接地故障現(xiàn)象為：在母線(xiàn)或線(xiàn)路出口故障時(shí)，PT二次兩點(diǎn)接地產(chǎn)生的附加電壓將使健全相中一相電壓明顯升高而另一相明顯降低，故障相電壓幅值變大，相位改變；PT二次側(cè)N600（中性線(xiàn)）斷線(xiàn)時(shí)故障現(xiàn)象為：三相電壓波形都會(huì)有一些畸變，主要表現(xiàn)為尖頂波，這是因?yàn)楹写罅咳沃C波而引起的；PT二次回路斷線(xiàn)電壓變化跟PT接線(xiàn)方式有關(guān)，這個(gè)表現(xiàn)比較復(fù)雜，本文中暫不分析說(shuō)明。

（5）PT熔絲熔斷的情況可以分為高壓熔絲熔斷和低壓熔絲熔斷，高、低壓熔絲的接入位置如圖4所示。

圖4 高、低壓熔絲的接入位置的線(xiàn)路圖

高壓熔絲會(huì)造成系統(tǒng)的三相電壓不平衡，當(dāng)高壓熔絲單相熔斷時(shí)，熔斷相相電壓會(huì)降低或接近于0，這是由于PT鐵芯彼此想通，熔斷相磁通會(huì)減小但不會(huì)為0，一次繞組會(huì)有感應(yīng)電壓，其未熔斷相相電壓為正常相電壓，其相角差為1200，未熔斷兩相相間電壓（線(xiàn)電壓）為正常線(xiàn)電壓，其他線(xiàn)電壓降低；一般熔絲熔斷處有明顯過(guò)熱現(xiàn)象，可利用紅外線(xiàn)測(cè)溫儀測(cè)量，比較溫度差異；在開(kāi)口三角形處也會(huì)產(chǎn)生不平衡電壓，即零序電壓，其理論值為33V左右，發(fā)出接地信號(hào)；錄波圖上故障相電壓波形稍有畸變，且每個(gè)周期畸變部位大致相同；但是大多時(shí)候PT高壓熔絲不能完全熔斷，通過(guò)高阻接通，其二次側(cè)電壓降低不明顯，其零序電壓也較小，一般在10V左右，不會(huì)發(fā)出接地信號(hào)。當(dāng)高壓熔絲兩相熔斷時(shí)，熔斷的兩相相電壓很小或接近于0，未熔斷相相電壓接近正常電壓，熔斷的兩相相間電壓(線(xiàn)電壓)為0，其他線(xiàn)電壓降低，但不為0（溫選堯,龍海蓮,等.35kV母線(xiàn)TV高壓熔斷器異?，F(xiàn)象[J].四川電力技術(shù),2008,31(2):47-50）。

低壓熔絲熔斷時(shí)，由于一次側(cè)三相電壓仍然平衡，故PT開(kāi)口三角電壓為0，不會(huì)發(fā)出接地信號(hào)，其余故障現(xiàn)象均與高壓熔絲熔斷相似。若已判斷PT二次側(cè)熔絲完好，測(cè)得PT二次三相相電壓有一相或者兩相低于50V，且PT開(kāi)口三角有電壓，電壓為10V左右，則可判斷為高壓熔絲熔斷；若測(cè)得PT二次三相相電壓有一相或者兩相低于30V，且PT開(kāi)口三角無(wú)電壓，則可判斷為低壓熔絲熔斷。

四、結(jié)語(yǔ)

由于本次故障A、C相電壓正常，B相電壓低于正常相電壓，B相電壓波形發(fā)生畸變，波形近似為三角波，且每個(gè)周波畸變部位相同，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)PT安裝了消諧器，根據(jù)上述故障現(xiàn)象的描述對(duì)比，故障原因可能是PT的B相高壓熔斷器熔斷，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查與測(cè)量，確認(rèn)是PT的B相高壓熔斷器熔斷，經(jīng)過(guò)更換后，三相電壓大約為20.32kV，零序電壓為0.37kV，三相電壓平衡，故障解除。