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0.33kV。

不平衡的電壓影響調度員對于線路是否接地的判斷,亦有可能造成線路、主變保護電壓閉鎖功能的失效,嚴重時甚至會造成保護裝置誤動或拒動,威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。本文針對該站的特點,分析導致問題的可能原因,最終在試驗數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)問題根源:三相PT的勵磁特性不一致。同時提出了解決辦法,保證了設備的可靠安全穩(wěn)定運行。

1存在問題及原因分析

該站僅有一臺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,三相出廠編號分別為B0660、B0661和B0662(從編號可以看出為同批次產(chǎn)品),一次側星型接線,中性點帶消諧裝置。10kV#1PT一次側接線方式如圖2所示。

10kV#2PT為電磁式電壓互感器,分相布置,一次側星型接線,中性點帶消諧裝置,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,同時可以肯定10kV#1PT輸出電壓有問題,而且三相電壓不平衡,線電壓正常,屬于中性點電壓偏移的現(xiàn)象。

翻查該10kV#1PT出廠試驗報告,做了出線端子標志檢驗、絕緣電阻、直流電阻、二次繞組耐壓、一次繞組耐壓、感應耐壓、局放、誤差、勵磁特性等9項試驗。其中,勵磁特性試驗顯示該PT相間偏差較大,數(shù)據(jù)如表1所示,繪制的勵磁特性曲線如圖3所示。

從以上數(shù)據(jù)可以看出,B、C兩相勵磁特性較接近,A相勵磁特性偏離比較嚴重。測量電壓12V時,偏差最小,為87%;測量電壓69V時,偏差最大,達152%。國標《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,其勵磁特性的差異不應大于30%。

當一次側星型接線的PT接入三相對稱電壓Ua、Ub、Uc時,流過三相PT一次繞組的勵磁電流為Ia、Ib、Ic,流過中性點0的電流為I0=Ia+Ib+Ic,若3只單相PT勵磁特性完全相同,I0=Ia+Ib+Ic=0。若3只單相PT勵磁特性不一樣,I0=Ia+Ib+Ic≠0,該電流經(jīng)過消諧裝置,消諧裝置阻值為R,產(chǎn)生電壓AU=I0×R,此電壓就是中性點偏移電壓。因此,相間勵磁特性偏差越大、消諧裝置阻值越大,中性點偏移電壓就越大。

從表1數(shù)據(jù)可知,B、C相勵磁電流幅值相近,A相勵磁電流幅值遠比其余兩相大,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、電流的向量圖畫出,如圖4所示。三相對稱系統(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勵磁特性不一致和存在消諧裝置的原因,勵磁電流經(jīng)過消諧裝置產(chǎn)生偏移電壓AU,中性點偏移至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,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,將中性點直接接地,強制對地電位為0,就不會存在中性點偏移,電壓會恢復三相平衡。

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)匹配時就會產(chǎn)生鐵磁諧振,產(chǎn)生諧振過電壓,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中性點串聯(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消諧裝置不會對系統(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,投入運行后10kV#1M母線三相電壓恢復平衡:A相6.01kV、B相5.99kV、C相6.01kV。此后運行近半個月,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結語

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

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