35kV及以下开关柜上三相电压不平衡现象的分析.pdfVIP

2 0 0 9年第 3期 天津电力技术 9 3 5 k v及以下开关柜上三相电压不平衡现象的分析 大连第一互感器有限责任公司( 辽宁大连 l 1 6 2 0 o ) 沙玉洲 贾建华袁韬 胡光远安作平 【 摘要】 分析 了1 o一 3 5 k v开关柜上三相电压不平衡现 象的原 因。 论证并提 出了消除不平衡 的措施 。 【 关键字】 电压互感器， 三相电压不平衡， 一致性， 消谐 器 o 引言 我国 3 5 k v及 以下 电网为非有效接地系统 ， 在 配电开关柜上均安装有三个单相接地电压互感器 ， 并接成三相组 ， 运行 中开关柜上 电压指示三相不平 衡现象时有发生 ， 严重的会超过运行规程的规定 ， 互 感器开 口角电压也 超出最低 整定 值 ， 而导致停 电检 查 。 三相 电压不平衡现象的产生有电网本身参数 的 原因， 如架空线三相对地 电容不对称 ， 电源电压不对 称及 电网谐波含量过大 等， 也有电压互感器本身特 性的原因， 也还有互感器接线方式 的原因。文章就 后者进行分析 ， 并提出消除不平衡现象的措施。 1 三相电压不平衡现象的分析与计算 1 1 电压互感器励磁 特性对三相电压不平衡的影 响 单相接地电压互感器 都接成三相组 如图 l ， 当 电压互感器空载时 ， 且忽略互感器直流电阻， 将互感 器简化成纯电抗 ， 其 电路 图如图 2 ， 图中 x ， x ， x c 分别各相电压互感器励磁 电抗。 当电源电压对称 时 ， 电压互感器励磁组抗不对 称， 即是对称的电源接有不对称的负载， 因此各负载 上的电压也不对称 了， 求解图 2电路 ， 考虑到 u + 0 +i ) = o， 选两个 电源电压 ， 用电势代替电压后 ， 其电路图如图 3 。用节点电压法可求出各相负载 上的电压为： b = e c一苞1 y b b c yc o b y + + + +y c n dc a y 一0 b c yb 一 + + r t d b yb一( j c yc 一 + +， ， c ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) 式 中 = 壶 ： 壶 】，c = 壶 令u b = u b o b c =8 b 砸b 8 c =d b 砸 a a b c d a d n 图 1 三个单相电压互感器接成三相组接线 图 b 图 2 三相 组电路 图图 图 3 求解 图 2电路 的电路 n n 8c =o = u 式中 电源相 电压方均根值， 。 设三 台单相 电压 互 感器励 磁 导纳 为 y 1 ， y 2= y 。 ， y 3 = 且 al ， 则在用户组装时有几种组 l 0 天津电力技术 2 0 0 9年第 3期 合 ， 即( =l ， 。 ， = =a y 】 ， y c=y 3 = 卢 y ) ， ( ： y 2 = ， = ： y l ， y c =y i ) ， ( = = 】 ， t ， =y 2 ： a y l ， y c =y j ) ， ( = ， = = 卢 y ， ， y c：y 2 = y 1 ) ， ( =y 3 ： y l ， =y i ， y c =y 2 = ) ， ( =y 2 = y l ， ：y i ， y c ：y 3 = y i ) 。 通过对几种组合的实际计算 ， 其结果表明， 无论 哪种组合 ， 其三相电压不平衡度及开 口角电压的方 均根值都接近， 只是电压最高和最低的相序有所变 化 ， 如此 ， 选 =y l ， = =a 及 y c ： = jb y l 的 组合进行计算。 将 ， ， y c 值代人 ( 1 ) ， ( 2 ) ， ( 3 ) 式考虑到 ， ，d 的复数表达式 ， 有 1 b 一 c c u 一 u b 一 + + y c y j + y 】 +卢 y 】 = 二 一 丝 二 鱼 + + + + ( 4 ) = ( -1 ) ， v ( 5 ) ， 一 e一 一 口 一 + +y c + + = v ( 6 ) 当忽略空载误差， 且考虑到一次对剩余电压绕 组的电压比为 3 l 0 o ， 则各相剩余电压绕组的端 电压为 = 老 = ， 一 3 一 l + + 3 一 = ； ( 一 一 2。 。 ) ， v( 7 ) 3 ( 1 +a+口 ) = 羟 = e - j12。 一 3 一 l + + 卢 3 、“ ： _ l ( 一 1 ) ，v ( 8 ) ( 1+a+ )。 = 羟 = ， 一 3 一 l + + 卢 3 l 0 0 ： 一( 一 一 加 。 ) ， v ( 9 ) 3( 1 + a+ ) 则开 口角电压 0 ：on+ o +o r i = 【 ( a ) + 1 ) - ： ( a 1 ) + ( 1一 ) c _ j 1 + a ) 瑚 0 = = 一 i a l ， + i l一 ， c +i a ， f ( i + 口 + 口 ) ： 15 (a 1 ) + 一 年 ( a + 1 ) 卢 ，v ( 1 o ) ( 1 + a + 口 ) 。 。 z。 一 开 口角电压的方均根值为 ： ： j ( 1+ a+ ) 【 1 5 ( a 1 ) 】 + 【 譬 ( a i 1 ) + 】 ，v ( 1 1 ) 将 ( 4 ) 、 ( 5 ) 、 ( 6 ) 式进行复数运算为 ) = ) + 】 ， v ( 1 2 ) = ( 础 -1 ) = 【 - ( 1 + ) + 】 ，v ( 1 3 ) ： 一 ) = 【 ( ) 一 )小v ( 1 4 ) 其方均根 电压为 = + ( v ( 15 ) = 。 +( v ( 1 6 ) ： 可 ，v ( 1 7 ) 举例 ： 某变电所 1 0 k v侧 电压互感器柜中安装 3台电压互感器 ， 其 励磁特性出厂值 ( 在二次侧 测 量 ) 为 = =5 7 5 下 励 磁 电流 为 0 6 5 a， j 0 4 3 a， 0 3 4 a， 运行中在二次侧空载时， 出现三相电 压不平衡 ， 且开 口角电压达到 l 8 v 。 这里 ， y l ：0 3 4 5 7 7 =0 4 3 5 7 7 ， 2 o o 9年第 3期 天津电力技术 l=0 65 5 7 7 b a = 鲁 = - - 2 6 5 鲁 = 9 l2 将 a 代人 ( 1 5 )一( i 7 ) 式及( 1 1 ) 得。 = (a + ( ) = (1- + 19l2) + (譬 x 19l2) =6 63 0v ： ；5 = + + ( ) ： ( 1 + ) ： + ( 牟 l _9 l2 ) ： 一 l + 1 2 6 5 + 1 9 l 2 ， 2 2 = 6 l 4 0v = - 【 c口 一 )】 + 【譬 c + -，】 = 【 (1 - 1)】 + 【 孚 (1 + t)】 =4 71 0v = 【 1s + 【 一 t， 删 ( 1 + 1 9 l2 ) =1 9 5v 通过以上分析和计算 ， 可看出三 台电压互感器 励磁特性 的差别对电压不平衡 的影响。 1 2 电压互感器一 次中点经消谐 电阻接地接线 方 式对三相 电压不平衡的影响 非有效接地系统 中为消除 电压互感器铁磁谐振 导致互感器损坏或使 高压熔 断器熔断 ， 往往在电压 互感器 一次侧 中点 与地 间接一 消谐器 ( 消谐 电阻 r ) ， 如图 3 。这种接线方式 ， 在运行 中也常出现三相 电压不平衡现象。这种不平衡现象出现的原因主要 是零序电流流经 电阻 r产 生电压降而使互感器 中 点位移。零序电流有来 自互感器励磁特性 ， 也有来 自电源电压的三次谐波。当电源电压是正弦波时， 互感器上的励磁 电流则是 含有三次谐波 的非正 弦 波 ， 三次谐波的含量与互感器 中的磁密有关 ， 磁密较 高时， 则三次谐波 电流含量也大。三相电路中， 三次 谐波电流是零序 的。在电源 中性点不接地 的情 况 下， 其三次谐波电流通过消谐 电阻与线路对 地电容 形成回路流通 ， 三次谐波电流在 消谐 电阻上产生 的 压降 ， 即在开口角 回路产生零序 电压 ， 如果三次谐波 电流过大 ， 则开 口角电压将 超过电压继电器整定下 限值而误报警 。 a n a b c dl d n 图3 电压互感器中点经消谐电阻接地电路图 当一次励磁 电流 中三次谐波电流为 ， 3 ， 则在消 谐 电阻上产生 的零序 电压为 =3 ， 3 ， 此时在开 口 角两端产生的电压 为 = ， 电压 比。对 于 3 5 k v及 以下非 有效接地 系统 ， 每相 电压互感器一 次 绕 组 对 剩 余 电 压 绕 组 的 电 压 比 为 ， 为 j ， 系统额定一次电压 ， 则 ： ： 3 u n 1o 0 以 l 0 k v为 例 ， 目前大量 采用 的是 j d z x 9一l o 型电压互感器 ( 全封 闭， 卷 铁心) ， 在额定二次 电压 下 ， 二次绕组的励磁电流在 o 2 o 3 a， 折算到一次 侧 的励磁 电流为 23 m a， 其中三次谐波电流含量 约 占基波的 2 03 o ， 取 中间值计算 ， 当一次励磁 电流为 2 5 m a时 ， 则通过消谐器 的三次谐波 电流 为 3 2 5 0 2 5=1 8 7 5 ， 消谐器的型号 l ) ( q i l 0 ， 查其 伏一安 特 性 j ， 可得 ：4 6 5 ， 则 =4 6 5 ，当 电 压 互 感 器 的 励 磁 电 流 达 4 5 m a时 ， 其三次谐波含量可能达 3 0 以上 ， 则通过消 谐器的三次谐波电流达 3 4 o 3= 3 6 ma， 大 3 v 大 3 10 6 v ， 由 此 可 见 ， 这种电压互感器一次中点经消谐电阻接地的接线方 式 。 三相电压不平衡现象很容易出现 ， 且对电压互感 fjff l 2 天津电力技术 2 0 o 9 年第 3 期 器励磁特性的分散性很敏感 ， 以致无法控制。 2消除三相电压不平衡的措施 根据以上两种情况的分析与计算， 消除三相电 压不平衡现象 的措施有两条 ， 一是控制三台电压互 感器励磁特性一致性的偏差， 二是在互感器开 口角 两端装设附加三次谐波滤波器。 2 1 控制 电压互感器励磁特性一致性的偏差 对于互感器一次侧 中点直接接地的情况 ， 从前 面所分析和计算可看出， 电压不平衡 主要是电压互 感器励磁特性的一致性偏差过大所造成 ， 经过大量 的计算 ， 可以规定一个合理的偏差 ， 大连第一互感器 有限责任公 司根据 自身产品结构 和工艺 ， 制定励磁 特性一致性偏差的企业标准 ， 规定在额定 电压下的 励磁电流三台一组中最大与最小 的差别最大不超过 3 o ( 如果用户无要求) 。该标准 自 2 0 0 2年执行 以 来 ， 已基本上消除了用户对三相 电压不平衡 的质量 反馈。 2 2 附加 滤波装置 对于互感器一次侧 中点经消谐器接地 的情况 ， 建议在开口角两端附加一三次谐波滤波装置 ， 该滤 波装置实际上是一个 固定的阻抗 ， 其原理是在互感 器开口角两端并接一适当阻抗 ， 该阻抗折算 到一次 侧则相应在消谐电阻两端并联了一个 比消谐 电阻低 很多的阻抗 ， 因而减小 了消谐器的总电抗 ， 降低 了零 序电压。 3结论 3 5 k v及 以下开关柜上三压电压不平衡现象与 电压互感器励磁特性的一致性偏差有关 ， 也与电压 互感器接线方式有关 ， 电压互感器一次中点直接接 地时 ， 电流不平衡 主要是由三台互感器励磁特性一 致性偏差较大造成， 控制其一致性的偏差， 可以消除 不平衡现象 ； 对于电压互感器一次中点经消谐器接 地的情况 ， 电压不平衡现象 主要是由电压互感器励 磁电流中三次谐波 电流造成的 ， 在互感器开 口角两 端附加滤波装置， 可 以使开 口角电压降到运行可接 受的状态。滤波器一般由消谐器生产厂提供。 参考文献 1 俞 大光： 电工基础 ( 中册 ) ， 人 民教育 出版社 1 9 5 9。 2 1 0 ( 6 )一 3 5 k v l x q， l ) ( q( d) 型消谐 电 阻器， 产品说明书， 南京伏安电气有限公司。 作者简介： 沙玉洲( 1 9 6 9一) 男， 高级工程师， 从事3 5 k v 及 以下互感器设计研 究工作。 贾建华( 1 9 7 6一) 男， 助工， 从事3 5 k v及以下互感器设 计研 究工作 。 袁韬( 1 9 7 8一) 男， 助工， 从事3 5 k v及以下互感器设 计研 究工作。 胡光远( 1 9 8 l 一) 男， 助工， 从事 3 5 k v及以下互感器设 计研 究工作。 安作平( 1 9 4 o一) 男， 教授级高工， 多年从事互感器设计 研 究工 作 。 国家 电网荣登中国第二价值品牌 6月 l 6日， 2 o 0 9年第六届世界品牌大会在北京召开， 会上发布 了2 0 0 9年 中国5 0 0最具价值品牌 排行 榜。国家电网品牌价值由2 o o 8年的 1 1 l 6 4 6亿元提升到 1 1 9 3 6 5亿元 ， 名列中国 5 0 o最具价值 品牌第二 名 ， 品牌价值再度提升。 “ 国家电网既是全球最大的公用事业企业 ， 也是我国最重要的能源动力系统。国家 电网之所 以多次成 为中国 5 o 0最具价值品牌 ， 是企业 的功能 、 品性、 实力魅力和影响力所决定 的。每天离不开， 长久靠得住 ， 关