主變壓器低壓側(cè)三相空載電壓不平衡分析

王能進(jìn)，周子洋，李 飛，覃春陽，王 哲

(錦屏水力發(fā)電廠，四川 西昌 615000)

0 引 言

三相電壓不平衡作為電力系統(tǒng)最為常見的異?，F(xiàn)象，會對電力系統(tǒng)和用戶造成一系列的危害,將會引起旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的附加發(fā)熱和振動、發(fā)電機(jī)容量利用率下降、繞組壽命縮短等一系列嚴(yán)重后果。主變壓器低壓側(cè)三相電壓作為發(fā)電廠重要機(jī)組參數(shù)，直接關(guān)乎發(fā)電廠機(jī)組正常運轉(zhuǎn)。

1 異常主變壓器簡介

該電廠主變壓器為單相油浸式、水冷雙圈銅繞組升壓電力變壓器組，三相組合容量為702 MVA 。變壓器高壓側(cè)采用油/SF6套管與550 kV GIS相連；低壓側(cè)采用油/空氣套管與IPB相連；高壓側(cè)中性點采用油/空氣套管引出。低壓繞組采用A柱和X柱兩部分并聯(lián)結(jié)構(gòu)，均為雙層圓筒式，上部出線。主接線如圖1所示。

2 事件描述

2.1 事件現(xiàn)象

1號主變壓器進(jìn)行合閘充電試驗(主變壓器空載試驗)，當(dāng)主變壓器空載狀態(tài)后，運行人員在主變壓器低壓側(cè)PT端子箱上檢查，發(fā)現(xiàn)1BYH C相PT二次側(cè)電壓顯示偏小，此時故障錄波波形如圖2所示。從圖中可看出主變壓器三相電壓不平衡，低壓側(cè)二次電壓A、B、C三相分別為58.358 V、58.282 V、56.757 V，C相較A、B相低1.5 V左右。

圖1 主接線

圖2 1號主變壓器空載狀態(tài)故障錄波波形

2.2 現(xiàn)場檢查情況

對主變壓器保護(hù)裝置和故障錄波裝置中主變壓器低壓側(cè)電壓采樣值進(jìn)行檢查，結(jié)果與PT端子箱電壓表顯示一致，初步判斷為一次回路存在異常。對1BYH C相PT進(jìn)行變比測試，變比誤差滿足要求。測試1BYH C相PT一次側(cè)高壓熔斷器阻值為14 Ω左右，熔斷器阻值正常。接著進(jìn)行PT 3倍頻感應(yīng)耐壓試驗測試，通過用萬用表測量PT二次繞組實際輸入值與保護(hù)班在PT端子箱PT二次繞組上實測值進(jìn)行對比分析，兩者數(shù)值一致。再進(jìn)行PT高壓尾端與地導(dǎo)通情況測試，測得接地電阻值都為0.02 Ω，根據(jù)DL/T 475-2017《接地裝置特性參數(shù)測量導(dǎo)則》判斷中性點接地狀況良好。最后對PT進(jìn)行直流電阻測試，分別將三相PT小車推入工作位置時測得直流電阻值均為392.7 mΩ左右(推入工作位置時，直流電阻實際測試值為PT一次回路直流電阻與廠用高壓變壓器高壓繞組、主變壓器低壓側(cè)繞組直流電阻三者并聯(lián)值)，直流電阻平衡；將PT小車?yán)翙z修位置，測試PT本體一次回路直流電阻值均為1.17 kΩ左右，直流電阻平衡。

待1BYH C相所有試驗均正常后，將1BYH C相PT與1BYH B相PT本體進(jìn)行對調(diào)，再次對主變壓器進(jìn)行充電，1BYH C相PT二次繞組電壓偏低現(xiàn)象仍未消失，此時可排除現(xiàn)象由PT本體原因所造成。再次檢查確認(rèn)一次設(shè)備無故障后，發(fā)電機(jī)出口斷路器系統(tǒng)(GCB)合閘進(jìn)行并網(wǎng)試驗，該現(xiàn)象消除。

3 事件分析

3.1 向量圖分析

通過查詢1號機(jī)組故障錄波歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，1號機(jī)組檢修前空載狀態(tài)下即會出現(xiàn)主變壓器低壓側(cè)三相電壓不平衡現(xiàn)象，GCB合閘瞬間主變壓器低壓側(cè)三相電壓即平衡。初步判斷此現(xiàn)象一直存在，與機(jī)組的參數(shù)三相不平衡有關(guān)。

對于不接地系統(tǒng)而言，電壓取決于阻抗和容抗，但對于阻抗很大可忽略時就主要取決于容抗。在三相對地電容不平衡時，將會導(dǎo)致中性點漂移，具體漂移的角度及方向取決于三相對地電容不平衡情況。三相對地電壓向量圖如圖3所示。某相容抗值越小，即該相對地電容值越大，則中性點向該相電壓方向漂移，當(dāng)某相對地電容相比其他兩相越大，則中性點O′向該相偏移越嚴(yán)重。

圖3 三相對地電壓向量

3.2 等效電路圖構(gòu)建

某電廠發(fā)電機(jī)出口20 kV系統(tǒng)屬于不接地系統(tǒng)且主變壓器、廠用高壓變壓器采用Y-D11接線，在交流電壓作用下，可以看成是如圖4的一個純電容和電阻所組成的等效電路。此時對等效電路圖進(jìn)行分析，由于介質(zhì)中的絕緣電阻極大，可以忽略不計，因此可以看成是一個純電容的等效電路。

表1 機(jī)組電容實測

如圖4所示，圖中CB1、CB2、CB3為主變壓器低壓側(cè)三相對地電容，Cg1、Cg2、Cg3為GCB主變壓器低壓側(cè)三相對地電容，Cd1、Cd2、Cd3為GCB發(fā)電機(jī)出口側(cè)三相對地電容，CG1、CG2、CG3為發(fā)電機(jī)定子繞組三相對地電容。

圖4 等效電路

當(dāng)變壓器空載時，GCB處于分閘狀態(tài)，此時主變壓器低壓側(cè)三相對地電容為主變壓器對地電容CB和GCB主變壓器低壓側(cè)對地電容Cg。當(dāng)兩個并聯(lián)電容不平衡時，主變壓器低壓側(cè)電壓中性點可能由O點漂移至O′，從而導(dǎo)致主變壓器三相電壓不平衡。當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)后，GCB處于合閘狀態(tài)，由于發(fā)電機(jī)對地電容CG遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CB、Cg和Cd，此時CB、Cg和Cd可以忽略不計，起決定作用的為發(fā)電機(jī)對地電容CG。當(dāng)三相CG對地不平衡時，將會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出口電壓和主變壓器低壓側(cè)電壓三相電壓不平衡。

3.3 實測數(shù)據(jù)分析

利用機(jī)組檢修進(jìn)行主變壓器低壓繞組對地電容、GCB主變壓器低壓側(cè)電容、GCB發(fā)電機(jī)出口側(cè)電容、發(fā)電機(jī)定子繞組對地電容數(shù)據(jù)實測。以1號機(jī)組為例，空載狀態(tài)時，C相主變壓器低壓側(cè)電容為306.69 nF，A相主變壓器低壓側(cè)電容為297.36 nF，B相主變壓器低壓側(cè)電容為299.56 nF，C相與A、B相間的最大差值較每相總對地電容值占比較大，達(dá)到2.3%左右。

當(dāng)GCB合閘后，主變壓器低壓側(cè)對地電容需考慮GCB發(fā)電機(jī)出口側(cè)電容以及發(fā)電機(jī)定子繞組對地電容，此時C相主變壓器低壓側(cè)電容為2 928.89 nF，A相主變壓器低壓側(cè)電容為2 917.26 nF，B相主變壓器低壓側(cè)電容為2 922.86 nF，最大差值占總電容比僅為0.39%。因此當(dāng)GCB合閘后電容差值較總電容值占比極大降低，使主變壓器低壓側(cè)電壓差值也降低，從而三相電壓趨于平衡。

4 結(jié) 語

對主變壓器空載三相電壓不平衡的原因進(jìn)行了分析，得到如下結(jié)論：

當(dāng)主變壓器空載時，如果三相對地電容不平衡，將會導(dǎo)致主變壓器低壓側(cè)三相電壓不平衡；但由于發(fā)電機(jī)對地電容較大，且三相基本平衡，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后主變壓器低壓側(cè)三相電壓即平衡，所以主變壓器送電后在確認(rèn)一次熔斷器正常的情況下，PT二次側(cè)電壓值略微不平衡屬于正常現(xiàn)象。