6kV廠用段三相電壓不平衡原因分析

唐俊清

摘 要：本文針對克拉瑪依電廠6kV廠用段三相電壓不平衡現(xiàn)象，分析了可能造成6kV廠用段三相電壓不平衡的原因，并提出了相應的解決措施。

關鍵詞 ：電壓互感器 ;電壓;中性點消諧器;不平衡

1 異?，F(xiàn)象

近期，運行人員在ECS上監(jiān)盤時發(fā)現(xiàn)6kV廠用段三相相電壓及線電壓均不平衡：三相相電壓分別為UA： 3.77kV、UB：3.73kV、UC：3.41kV，三相線電壓分別為：UAB： 6.54kV、UBC：6.46kV、 UCA：5.9kV，三相電壓不平衡值達到10%，不平衡現(xiàn)象較明顯。

2 6kV廠用段三相電壓不平衡的原因分析

2.1 6kV廠用段電壓互感器基本運行情況

6kV廠用段配置有3只單相電壓互感器（簡稱PT），型號為JDZJ-6型，接線組別為Y0/Y/Δ，額定電壓為6000/ /100//100/3，準確等級分3級：0.5，1，3級。為抑制電壓互感器鐵磁諧振，在3只單相PT一次繞組 Y0接線中性點與地之間加裝一組消諧器，中性點消諧器的型號為LXQII-10（6）型。

2.2 6kV廠用段三相電壓不平衡原因查找

2.2.1 6kV廠用段PT測控裝置誤差

6kV廠用段PT配置了四方公司CSC299數(shù)字式PT測控裝置，其主要功能是將6kV廠用段PT電壓等測控信號上傳至ECS，因此，為判斷是否由于PT測控裝置誤差造成的三相電壓不平衡，我們首先用萬用表測量了由6kV廠用段PT二次回路引入測控裝置的三相相電壓，發(fā)現(xiàn)和ECS上顯示的電壓一致，因此排除了6kV廠用段PT測控裝置誤差造成的三相電壓不平衡。

2.2.2 電壓互感器一次側熔斷器或一次繞組直流電阻不平衡的影響

如電壓互感器一次側熔斷器或一次繞組直流電阻不平衡，也會造成二次側三相電壓不平衡，因此技術人員對電壓互感器一次側熔斷器及一次繞組直流電阻進行了測量，測電壓互感器一次側熔斷器三相均為90歐左右，一次繞組直流電阻值AX：734.7歐、BX：730.8歐、CX：737.2歐，電阻差值也在合格范圍內。

2.2.3 電壓互感器一次側安裝消諧器的影響

為判斷是否是電壓互感器一次側安裝消諧器造成的三相電壓不平衡，技術人員拆除6kV廠用段PT一次側中性點與地之間的消諧器，將PT一次側中性點直接接地后試送電，6kV廠用段三相電壓和開口三角電壓值均恢復正常。由此可以判斷是電壓互感器一次側裝設消諧器造成的電壓異常。

2.3裝設消諧器后三相電壓不平衡原因分析

2.3.1? 消諧器原理簡介

在6-35kV中性點不接地系統(tǒng)中，母線上Y0接線的PT一次繞組是中性點不接地電網(wǎng)對地的唯一金屬通道。當電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，電網(wǎng)相對地電容的充、放電，必然通過PT一次繞組，使其鐵芯深度飽和，因此在電網(wǎng)單相接地故障消失時，會在PT一次繞組中出現(xiàn)數(shù)安培的涌流，可能將PT高壓熔絲熔斷。

2.3.2 電磁式PT的勵磁電流特性

電磁式PT是由帶有鐵心的繞組構成。由于鐵芯的非線性及磁滯效應等，勵磁電流與它所產生的主磁通呈非線性關系，當一次繞組接入電壓所產生的磁通超過飽和點時，繞組中勵磁電流呈尖頂波狀，若將尖頂波進行分解， 除基波分量外， 包含有各奇次諧波， 其中3次諧波幅值最大。

2.3.3 安裝消諧器后對PT二次側三相電壓的影響

因消諧器裝在電壓互感器一次繞組Y0接線中性點與地之間，如下圖2所示。當Y0接線的PT接入三相對稱電壓UA、UB、UC 時，設流過三相PT一次繞組Y0接線的勵磁電流為IAm、IBm、ICm，其中基波勵磁電流為：I1Am、I1Bm、I1Cm，三次諧波勵磁電流為：I3Am、I3Bm、I3Cm，流過中性點電流為I0，其中基波電流為I10，三次諧波電流為I30。如將通過PT一次繞組的勵磁電流分解成基波和三次諧波電流，則流過中性點的電流I0為基波電流I10和三次諧波電流I30之和。理論上，若三只單相PT的伏安特性相同，則三相勵磁基波電流的模相同，相位相差120度，這時流過中性點的基波電流I10=I1Am∠0+I1Bm∠120+I1Cm ∠-120= 0，而三相勵磁三次諧波電流則受一次繞組電壓所產生的磁通是否飽和的影響，當磁通未飽和時，三次諧波電流I30=0，當磁通飽和時，因三次諧波電流相位相同，流過中性點的三次諧波電流I30=I3Am+I3Bm+I3Cm =3I3m∠0。

實際上，因三只單相PT的伏安特性不可能完全相同，所以流過中性點的基波電流I10不為0，有一定的數(shù)值，這時就會在消諧器上流過基波電流I10和三次諧波電流I30的疊加電流I0，當疊加電流I0流過消諧器時，因消諧器有一定的電阻值，則會在消諧器兩端產生一定的壓降，使PT一次側的中性點產生偏移，正是這個中性點位移電壓，使PT二次電壓不平衡，同時使PT開口三角形出現(xiàn)電壓。

從上述分析可知，安裝消諧器后，使PT二次電壓不平衡的因素主要有以下3點：1）三只單相PT伏安特性的一致性，決定了流過消諧器的基波電流的大小;2）PT伏安特性的好壞，即勵磁電流中三次諧波電流的含量的多少，決定了流過消諧器的三次諧波電流的大小;3）消諧器阻值的大小，消諧器阻值越大，中性點位移電壓越高，PT二次電壓越不平衡。

2.4 6kV廠用段PT三相電壓不平衡的具體原因分析

為查找造成6kV廠用段PT三相電壓不平衡的具體原因，技術人員通過用萬用表測量PT二次側開口三角兩端電壓和頻率的方法進行判斷，具體方法如下：首先用萬用表測量6kV廠用段PT開口三角兩端電壓，正常情況下，電壓應在2V以下，實測6kV廠用段PT開口三角處電壓值為12V，偏高較多，再用萬用表測頻檔測量開口三角兩端的頻率，若頻率是50HZ，則是由于PT三相伏安特性差別過大造成的，若頻率為150HZ，則是由于PT勵磁電流中的三次諧波電流過大造成的，實測6kV廠用段PT開口三角處頻率為150HZ，由此判斷6kV廠用段PT二次繞組三相電壓不平衡的原因是6kV廠用段PT勵磁特性不好，勵磁電流中三次諧波電流過大引起的。

3解決措施

為限制勵磁電流中的三次諧波的影響，可在 PT 開口三角兩端安裝三次諧波限制器。三次諧波限制器主要由正溫度系數(shù)電阻（PTC）、保險絲、電壓指示電路、諧振次數(shù)記錄電路組成。見下圖3，其中的PTC和PT開口三角的內阻形成了三次諧波限制電路。PTC串聯(lián)保險絲后接在開口三角的兩端，PTC對高電壓呈現(xiàn)呈高阻（100VAC，阻值>2kW），對低電壓呈低阻（5VAC， 阻值<20W），這樣既可以有效限制諧波，又對電路正常的接地信號沒有什么影響。PT開口三角兩端接入三次諧波限制器后，根據(jù)電路等效原理，相當于在消諧電阻旁并聯(lián)了一個電阻，這樣開口三角兩端的電壓就降下來了。

為驗證三次諧波限制器的效果，技術人員在6kV廠用段PT開口三角兩端L602和B600處安裝了三次諧波限制器后，6kV廠用段PT三相電壓恢復平衡，開口三角電壓值恢復正常。

結束語：通過對6kV廠用段電壓互感器二次側三相電壓不平衡的原因分析，找到了引起此現(xiàn)象的原因是一次側安裝消諧器和三只單相PT勵磁特性不好造成的，解決此問題的辦法，一是采用勵磁特性好、鐵芯不易飽和的PT，還有就是在不更換現(xiàn)有PT的情況下，在PT開口三角兩端安裝三次諧波限制器，以解決電壓互感器二次側三相電壓不平衡的問題。

參考文獻：

[1] 解廣潤? ?《過電壓及保護》? 電力工業(yè)出版社? 1980年10月? ?P149

[2]李國友 曹琪琳? ? 《高壓電器》? 中國電力出版社? ?2008年44期? ?P187-189