35 kV母線相電壓不平衡分析及處理

摘 要：針對(duì)某變電站35 kV #2母線相電壓不平衡現(xiàn)象，分別從電壓互感器、低壓并聯(lián)電抗器投退及系統(tǒng)參數(shù)3個(gè)方面進(jìn)行深入分析。根據(jù)設(shè)備的電氣接線圖，搭建MATLAB軟件仿真模型，通過(guò)仿真計(jì)算與分析，查找原因，得出排除相電壓不平衡故障的方法。

關(guān)鍵詞：相電壓;不平衡;電壓互感器;低壓并聯(lián)電抗器

0 ? ?引言

低壓并聯(lián)電抗器作為變電站的重要組成部分，具有補(bǔ)償容性充電功率，吸收無(wú)功功率，降低線損，提高功率因數(shù)，削弱空載或輕載時(shí)長(zhǎng)線的電容效應(yīng)，穩(wěn)定電網(wǎng)的運(yùn)行電壓，改善供電質(zhì)量，減少潛供電流，加速潛供電弧熄滅的作用，現(xiàn)已成為變電站無(wú)功補(bǔ)償中不可或缺的一部分。低壓并聯(lián)電抗器有任何異常，都需引起重視并及時(shí)解決，以免造成設(shè)備故障。

本文以某變電站35 kV #2母線相電壓不平衡為例，通過(guò)仿真計(jì)算與分析，查找原因，得出排除相電壓不平衡故障的方法。

1 ? ?發(fā)現(xiàn)電壓不平衡

某變電站是一座500 kV樞紐站，500 kV采用3/2主接線，現(xiàn)有4串完整串設(shè)備，接有2臺(tái)變壓器和6回500 kV線路;220 kV采用雙母線雙分段帶旁路接線，現(xiàn)有12回220 kV線路;35 kV接線方式為兩段單母線接線，分別接于#1、#2主變變低側(cè)，各母線帶有1臺(tái)站變和3組無(wú)功補(bǔ)償?shù)蛪翰⒙?lián)電抗器。

35 kV設(shè)備正常運(yùn)行方式為：35 kV #1母線、#1變低301開(kāi)關(guān)、#1站變變高314開(kāi)關(guān)、#1電壓互感器，35 kV #1母線#1、#2、#3低壓并聯(lián)電抗器在運(yùn)行狀態(tài);35 kV #2母線、#2變低302開(kāi)關(guān)、#2電壓互感器，35 kV #2母線#1、#2、#3低壓并聯(lián)電抗器在運(yùn)行狀態(tài);35 kV #1、#2站變?cè)谶\(yùn)行狀態(tài)。

某日，變電站監(jiān)控后臺(tái)的35 kV #2母差保護(hù)持續(xù)發(fā)PT斷線信號(hào)，母差采樣值A(chǔ)相52 V、B相49 V、C相57 V，3U0達(dá)12 V（PT斷線的3U0定值為8 V）。35 kV #2電壓互感器端子箱二次空氣開(kāi)關(guān)下端測(cè)量電壓值為：A相52 V、B相49 V、C相57 V，數(shù)值與保護(hù)采集電壓一致，B相電壓偏低。

2 ? ?異常分析

2.1 ? ?電壓互感器因素分析

（1）可能是一次設(shè)備接觸不良或高壓保險(xiǎn)熔斷。

（2）可能是電壓互感器內(nèi)部故障。

（3）可能是二次接線錯(cuò)誤。

運(yùn)行人員申請(qǐng)停電后，測(cè)量35 kV #2電壓互感器各相高壓熔斷器的電阻值均為143 Ω。檢修班組對(duì)35 kV #2電壓互感器進(jìn)行檢查，試驗(yàn)專業(yè)、繼保專業(yè)分別對(duì)35 kV #2電壓互感器進(jìn)行絕緣電阻、介損檢查，電壓比測(cè)試，二次回路查找，均未發(fā)現(xiàn)異常。這說(shuō)明35 kV #2電壓互感器本體運(yùn)行狀況良好，排除電壓互感器高壓熔斷器熔絲熔斷、本體內(nèi)部故障、二次回路問(wèn)題等因素導(dǎo)致電壓偏低的可能。

2.2 ? ?低壓并聯(lián)電抗器投退因素分析

在確保各個(gè)電壓等級(jí)母線數(shù)值在合格范圍內(nèi)的前提下，為得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，進(jìn)一步進(jìn)行分析，運(yùn)行人員對(duì)35 kV #2母線的低壓并聯(lián)電抗器進(jìn)行輪流投退試驗(yàn)。35 kV #2母線系統(tǒng)相電壓再次出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象。

不平衡度計(jì)算公式：

δ=（θmax-θmin）/θavg×100%

式中：δ為不平衡度;θavg為平均值;θmax為最大值;θmin為最小值。

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與相間不平衡度計(jì)算值如表1所示。

2.3 ? ?系統(tǒng)參數(shù)因素分析

試驗(yàn)人員查閱某站相關(guān)設(shè)備間隔的歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)未發(fā)現(xiàn)異常。通過(guò)35 kV #2電壓互感器電壓數(shù)據(jù)比對(duì)發(fā)現(xiàn)，35 kV #2母線線電壓平衡，相電壓不平衡。

35 kV系統(tǒng)三相對(duì)地電容相等時(shí)，對(duì)地負(fù)荷平衡，中性點(diǎn)O在零電位，在相量圖中電壓中性點(diǎn)O與地電位e重合，表現(xiàn)為三相線電壓平衡、相電壓平衡;當(dāng)35 kV系統(tǒng)三相對(duì)地電容不等時(shí)，則中性點(diǎn)O不在地電位e，在相量圖中偏移產(chǎn)生對(duì)地電位Ueo，此時(shí)表現(xiàn)為三相線電壓平衡、相電壓不平衡[1]。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn)，35 kV #2母線的3組電抗器間隔對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)電流互感器、尾部電流互感器均只安裝兩相，即有A、C相，無(wú)B相。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況與數(shù)據(jù)分析，初步分析35 kV #2母線相電壓不平衡原因可能為：由于無(wú)B相電流互感器，35 kV系統(tǒng)三相負(fù)荷不對(duì)稱（電容不平衡），因此中性點(diǎn)產(chǎn)生偏移，出現(xiàn)母線相電壓不平衡現(xiàn)象[2]。在實(shí)際電網(wǎng)中確實(shí)存在著B(niǎo)相對(duì)地電容偏低的狀況，其是造成母線三相不平衡的主要因素，合理補(bǔ)償B相電容的差值，可有效解決三相相電壓不平衡的問(wèn)題[3]。

3 ? ?現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析

為徹底查證35 kV母線相電壓不平衡原因，消除安全隱患，試驗(yàn)人員對(duì)某站#2主變及35 kV系統(tǒng)參數(shù)開(kāi)展驗(yàn)證性試驗(yàn)。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，35 kV #2母線的低壓并聯(lián)電抗器組電容、#2主變變低低壓繞組電容、母線對(duì)地等效電容均存在一定的不平衡現(xiàn)象，其中低壓并聯(lián)電抗器間隔三相電容不平衡度最大。綜合計(jì)算該變電站35 kV #2母線系統(tǒng)對(duì)地等效電容及三相不平衡度，結(jié)果如表2所示。

隨著低壓并聯(lián)電抗器數(shù)量的投入，35 kV #2母線系統(tǒng)相間對(duì)地等效電容不平衡度逐漸增大[4]，相間電壓不平衡度隨之增大。當(dāng)3組電抗器全部投入時(shí)，35 kV #2母線相間對(duì)地等效電容不平衡度達(dá)最大值24.03%，相間電壓不平衡度也達(dá)最大值11.94%。由表2可知，當(dāng)?shù)蛪翰⒙?lián)電抗器全部投入時(shí)，對(duì)地等效電容最小的B相與對(duì)地等效電容最大的A相的差值為3 660 pF，按平均分配的原則，3組低壓并聯(lián)電抗器開(kāi)關(guān)處各需補(bǔ)償電容1 220 pF。

4 ? ?解決方案

根據(jù)電氣設(shè)備接線圖，采用MATLAB軟件搭建仿真模型。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和變壓器繞組結(jié)構(gòu)，對(duì)仿真模型和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，B相補(bǔ)償電容1 220 pF后的仿真結(jié)果與預(yù)期一致。這驗(yàn)證了35 kV #2母線低壓并聯(lián)電抗器組開(kāi)關(guān)B相均無(wú)電流互感器導(dǎo)致35 kV系統(tǒng)相間對(duì)地電容不平衡是35 kV系統(tǒng)相電壓不平衡的主要原因。

立項(xiàng)整改措施：在35 kV低壓并聯(lián)電抗器組開(kāi)關(guān)B相分別加裝電容為1 220 pF的電流互感器。實(shí)際結(jié)果為通過(guò)降低系統(tǒng)相間電容不平衡，達(dá)到降低系統(tǒng)相電壓不平衡的目的，如表3所示。

5 ? ?結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)仿真計(jì)算與分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況制訂整改措施，改善了電壓質(zhì)量，解決了某站35 kV #2母線相電壓不平衡的問(wèn)題。得出結(jié)論：（1）系統(tǒng)相間對(duì)地電容與系統(tǒng)相電壓成正關(guān)系;（2）改善電容不平衡度能解決電壓不平衡問(wèn)題。對(duì)于在35 kV母線安裝了類似接線的低壓并聯(lián)電抗器的變電站，當(dāng)其出現(xiàn)母線相電壓不平衡的情況時(shí)，本文研究成果具有實(shí)際的參考意義。

[參考文獻(xiàn)]

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收稿日期：2021-01-13

作者簡(jiǎn)介：黃小龍（1988—），男，廣東始興人，工程師，研究方向：變電站設(shè)備運(yùn)維。