一起10 kV母線三相電壓不亞衡的分析和處理

引言

自2018年9月起,某110kV變電站就出現(xiàn)了10kV#1M母線三相電壓不平衡的情況,10kV#1M母線電壓來(lái)源于10kV#1PT輸出,2019年3月14日數(shù)據(jù)如下:A相6.04kV、B相5.92kV、C相6.25kV,零序電壓0.25kV,線電壓正常,約10.47kV。三相電壓A相略高,B相偏低,C相偏高,相差高達(dá)0.33kV。

不平衡的電壓影響調(diào)度員對(duì)于線路是否接地的判斷,亦有可能造成線路、主變保護(hù)電壓閉鎖功能的失效,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐杀Ｗo(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng),威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文針對(duì)該站的特點(diǎn),分析導(dǎo)致問(wèn)題的可能原因,最終在試驗(yàn)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題根源:三相PT的勵(lì)磁特性不一致。同時(shí)提出了解決辦法,保證了設(shè)備的可靠安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1存在問(wèn)題及原因分析

該站僅有一臺(tái)110kV主變,主變低接至10kV#1M母線,母線接10kV#1PT。10kV牛圩河線出線電纜頭引接至10kV#2M母線,母線接10kV#2PT,如圖1所示。

10kV#1PT為電磁式電壓互感器,分相布置,三相出廠編號(hào)分別為B0660、B0661和B0662(從編號(hào)可以看出為同批次產(chǎn)品),一次側(cè)星型接線,中性點(diǎn)帶消諧裝置。10kV#1PT一次側(cè)接線方式如圖2所示。

10kV#2PT為電磁式電壓互感器,分相布置,一次側(cè)星型接線,中性點(diǎn)帶消諧裝置,10kV#2M母線電壓三相平衡,各相約6.0kV。

10kV#1PT、10kV#2PT為同一電源,從10kV#2M母線電壓三相平衡可以判斷系統(tǒng)電壓正常,同時(shí)可以肯定10kV#1PT輸出電壓有問(wèn)題,而且三相電壓不平衡,線電壓正常,屬于中性點(diǎn)電壓偏移的現(xiàn)象。

翻查該10kV#1PT出廠試驗(yàn)報(bào)告,做了出線端子標(biāo)志檢驗(yàn)、絕緣電阻、直流電阻、二次繞組耐壓、一次繞組耐壓、感應(yīng)耐壓、局放、誤差、勵(lì)磁特性等9項(xiàng)試驗(yàn)。其中,勵(lì)磁特性試驗(yàn)顯示該P(yáng)T相間偏差較大,數(shù)據(jù)如表1所示,繪制的勵(lì)磁特性曲線如圖3所示。

從以上數(shù)據(jù)可以看出,B、C兩相勵(lì)磁特性較接近,A相勵(lì)磁特性偏離比較嚴(yán)重。測(cè)量電壓12V時(shí),偏差最小,為87%;測(cè)量電壓69V時(shí),偏差最大,達(dá)152%。國(guó)標(biāo)《電磁式電壓互感器》(GB1207一2006)中提到:同一批次生產(chǎn)的同型互感器,其勵(lì)磁特性的差異不應(yīng)大于30%。

當(dāng)一次側(cè)星型接線的PT接入三相對(duì)稱電壓Ua、Ub、Uc時(shí),流過(guò)三相PT一次繞組的勵(lì)磁電流為Ia、Ib、Ic,流過(guò)中性點(diǎn)0的電流為I0=Ia+Ib+Ic,若3只單相PT勵(lì)磁特性完全相同,I0=Ia+Ib+Ic=0。若3只單相PT勵(lì)磁特性不一樣,I0=Ia+Ib+Ic≠0,該電流經(jīng)過(guò)消諧裝置,消諧裝置阻值為R,產(chǎn)生電壓AU=I0×R,此電壓就是中性點(diǎn)偏移電壓。因此,相間勵(lì)磁特性偏差越大、消諧裝置阻值越大,中性點(diǎn)偏移電壓就越大。

從表1數(shù)據(jù)可知,B、C相勵(lì)磁電流幅值相近,A相勵(lì)磁電流幅值遠(yuǎn)比其余兩相大,故I0≠0,且方向與Ia相同,產(chǎn)生的偏移電壓(AU=I0×R)方向與Ia相向。

將電壓、電流的向量圖畫(huà)出,如圖4所示。三相對(duì)稱系統(tǒng),系統(tǒng)電壓Ua、Ub、Uc幅值一樣,Ua超前Ub120o,Ub超前Uc120o,Uc超前Ua120o。電感特性,Ia滯后Ua90o,Ib滯后Ub90o,Ic滯后Uc90o。

由于三相PT勵(lì)磁特性不一致和存在消諧裝置的原因,勵(lì)磁電流經(jīng)過(guò)消諧裝置產(chǎn)生偏移電壓AU,中性點(diǎn)偏移至0′,形成新的三相電壓,即Ua′、Ub′、Uc′。

從圖4、圖5可以得出:Ua′=Ua-AU,Ub′=Ub-AU,Uc′=Uc-AU,Ua′幅值比Ua大一點(diǎn),Ub′幅值比Ub小很多,Uc′幅值比Uc大很多,符合此次母線電壓不平衡的規(guī)律(A相略高,B相偏低,C

相偏高)。

2采取的方法措施

產(chǎn)生此次母線電壓不平衡的根源在于A相PT的勵(lì)磁特性偏差較其余兩相大,消諧裝置放大了電壓的不平衡?？梢杂貌鸪C裝置的方法,將中性點(diǎn)直接接地,強(qiáng)制對(duì)地電位為0,就不會(huì)存在中性點(diǎn)偏移,電壓會(huì)恢復(fù)三相平衡。

電磁式電壓互感器是感性元件,與系統(tǒng)內(nèi)的容性元件在參數(shù)匹配時(shí)就會(huì)產(chǎn)生鐵磁諧振,產(chǎn)生諧振過(guò)電壓,從而引起高壓熔斷器熔斷甚至燒壞互感器。在電磁式電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)串聯(lián)消諧裝置的目的是消除鐵磁諧振。

該站10kV#1PT、10kV#2PT為同一電源,10kV#2PT有消諧裝置,拆除10kV#1PT消諧裝置不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響,若真存在諧振,10kV#2PT的消諧裝置可以發(fā)揮作用。

10kV#1PT拆除了消諧裝置后的接線方式如圖6所示,投入運(yùn)行后10kV#1M母線三相電壓恢復(fù)平衡:A相6.01kV、B相5.99kV、C相6.01kV。此后運(yùn)行近半個(gè)月,電壓一直在正常范圍內(nèi),且未出現(xiàn)高壓熔斷器熔斷情況。

3結(jié)語(yǔ)

結(jié)合某110kV變電站10kV#1PT出廠勵(lì)磁特性報(bào)告與向量圖分析,得出結(jié)論:三相勵(lì)磁特性不一致的電磁式電壓互感器將產(chǎn)生不平衡電流,若接有消諧裝置時(shí)將產(chǎn)生偏移電壓,造成三相電壓不平衡。因此,相間勵(lì)磁特性偏差大是產(chǎn)生此次母線電壓不平衡的根源,拆除消諧裝置只是一個(gè)臨時(shí)措施,最終解決方法應(yīng)為將PT更換成三相勵(lì)磁特性相近的電壓互感器,并重新裝上消諧裝置。

本文針對(duì)某110kV變電站的接線方式,分析了導(dǎo)致10kV#1M母線三相電壓不平衡問(wèn)題的可能原因,最終在試驗(yàn)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題根源。同時(shí),提出了拆除消諧裝置的臨時(shí)解決辦法和更換電壓互感器的最終解決辦法,以保證設(shè)備可靠安全穩(wěn)定運(yùn)行。