一起10 kV母线三相电压不亚衡的分析和处理

引言

自2018年9月起,某110kV变电站就出现了10kV#1M母线三相电压不平衡的情况,10kV#1M母线电压来源于10kV#1PT输出,2019年3月14日数据如下:A相6.04kV、B相5.92kV、C相6.25kV,零序电压0.25kV,线电压正常,约10.47kV。三相电压A相略高,B相偏低,C相偏高,相差高达0.33kV。

不平衡的电压影响调度员对于线路是否接地的判断,亦有可能造成线路、主变保护电压闭锁功能的失效,严重时甚至会造成保护装置误动或拒动,威胁电网安全稳定运行。本文针对该站的特点,分析导致问题的可能原因,最终在试验数据中发现问题根源:三相PT的励磁特性不一致。同时提出了解决办法,保证了设备的可靠安全稳定运行。

1存在问题及原因分析

该站仅有一台110kV主变,主变低接至10kV#1M母线,母线接10kV#1PT。10kV牛圩河线出线电缆头引接至10kV#2M母线,母线接10kV#2PT,如图1所示。

10kV#1PT为电磁式电压互感器,分相布置,三相出厂编号分别为B0660、B0661和B0662(从编号可以看出为同批次产品),一次侧星型接线,中性点带消谐装置。10kV#1PT一次侧接线方式如图2所示。

10kV#2PT为电磁式电压互感器,分相布置,一次侧星型接线,中性点带消谐装置,10kV#2M母线电压三相平衡,各相约6.0kV。

10kV#1PT、10kV#2PT为同一电源,从10kV#2M母线电压三相平衡可以判断系统电压正常,同时可以肯定10kV#1PT输出电压有问题,而且三相电压不平衡,线电压正常,属于中性点电压偏移的现象。

翻查该10kV#1PT出厂试验报告,做了出线端子标志检验、绝缘电阻、直流电阻、二次绕组耐压、一次绕组耐压、感应耐压、局放、误差、励磁特性等9项试验。其中,励磁特性试验显示该PT相间偏差较大,数据如表1所示,绘制的励磁特性曲线如图3所示。

从以上数据可以看出,B、C两相励磁特性较接近,A相励磁特性偏离比较严重。测量电压12V时,偏差最小,为87%;测量电压69V时,偏差最大,达152%。国标《电磁式电压互感器》(GB1207一2006)中提到:同一批次生产的同型互感器,其励磁特性的差异不应大于30%。

当一次侧星型接线的PT接入三相对称电压Ua、Ub、Uc时,流过三相PT一次绕组的励磁电流为Ia、Ib、Ic,流过中性点0的电流为I0=Ia+Ib+Ic,若3只单相PT励磁特性完全相同,I0=Ia+Ib+Ic=0。若3只单相PT励磁特性不一样,I0=Ia+Ib+Ic≠0,该电流经过消谐装置,消谐装置阻值为R,产生电压AU=I0×R,此电压就是中性点偏移电压。因此,相间励磁特性偏差越大、消谐装置阻值越大,中性点偏移电压就越大。

从表1数据可知,B、C相励磁电流幅值相近,A相励磁电流幅值远比其余两相大,故I0≠0,且方向与Ia相同,产生的偏移电压(AU=I0×R)方向与Ia相向。

将电压、电流的向量图画出,如图4所示。三相对称系统,系统电压Ua、Ub、Uc幅值一样,Ua超前Ub120o,Ub超前Uc120o,Uc超前Ua120o。电感特性,Ia滞后Ua90o,Ib滞后Ub90o,Ic滞后Uc90o。

由于三相PT励磁特性不一致和存在消谐装置的原因,励磁电流经过消谐装置产生偏移电压AU,中性点偏移至0′,形成新的三相电压,即Ua′、Ub′、Uc′。

从图4、图5可以得出:Ua′=Ua-AU,Ub′=Ub-AU,Uc′=Uc-AU,Ua′幅值比Ua大一点,Ub′幅值比Ub小很多,Uc′幅值比Uc大很多,符合此次母线电压不平衡的规律(A相略高,B相偏低,C

相偏高)。

2采取的方法措施

产生此次母线电压不平衡的根源在于A相PT的励磁特性偏差较其余两相大,消谐装置放大了电压的不平衡。可以用拆除消谐装置的方法,将中性点直接接地,强制对地电位为0,就不会存在中性点偏移,电压会恢复三相平衡。

电磁式电压互感器是感性元件,与系统内的容性元件在参数匹配时就会产生铁磁谐振,产生谐振过电压,从而引起高压熔断器熔断甚至烧坏互感器。在电磁式电压互感器一次侧中性点串联消谐装置的目的是消除铁磁谐振。

该站10kV#1PT、10kV#2PT为同一电源,10kV#2PT有消谐装置,拆除10kV#1PT消谐装置不会对系统产生影响,若真存在谐振,10kV#2PT的消谐装置可以发挥作用。

10kV#1PT拆除了消谐装置后的接线方式如图6所示,投入运行后10kV#1M母线三相电压恢复平衡:A相6.01kV、B相5.99kV、C相6.01kV。此后运行近半个月,电压一直在正常范围内,且未出现高压熔断器熔断情况。

3结语

结合某110kV变电站10kV#1PT出厂励磁特性报告与向量图分析,得出结论:三相励磁特性不一致的电磁式电压互感器将产生不平衡电流,若接有消谐装置时将产生偏移电压,造成三相电压不平衡。因此,相间励磁特性偏差大是产生此次母线电压不平衡的根源,拆除消谐装置只是一个临时措施,最终解决方法应为将PT更换成三相励磁特性相近的电压互感器,并重新装上消谐装置。

本文针对某110kV变电站的接线方式,分析了导致10kV#1M母线三相电压不平衡问题的可能原因,最终在试验数据中发现了问题根源。同时,提出了拆除消谐装置的临时解决办法和更换电压互感器的最终解决办法,以保证设备可靠安全稳定运行。