10kV系统的电压谐波分析

1、10kV 系统的电压谐波分析 摘要： 本文对 10kV 小电流接地系统的电压谐波， 由于 10kV 电压互感器中性点的消谐电阻， 及接地变一侧的灭弧线圈等原因， 而造成的错误测试结果， 进行了分析， 并针对这种现象提 出改进的测试方法。 1、前言 由于生产发展的需要和国家电力总公司及江苏省公司的要求， 我市公司对所辖范围内的 电网，配网电能质量， （电压谐波占有率）进行了一次普测、普查。 由于 10kV 配网系统采用了小电流接地的运行方式， 10kV 配网的电压互感器接线方式 如图 1 所示。在 PT 的一次侧中性点到地串接一只电阻，称消谐电阻。此电阻一般由氧化锌 阀片构成，在正常运行方式下，

2、无电流通过此电阻。一次侧中心点与地等电位。近似与 Y/Y 型接法。而主变接线方式则是 Y/ 型接法。所以在 10kV 母线上并一只接地变，采用 Y/Y 型接法。在变一侧中心点串一只电抗器，俗称灭弧线圈。在 10kV 系统形成中心点接地的运 行方式。 国标规定电压失谐率是相电压的谐波百分比含量做为判别限值的标准。 从而规范了测试 信号是相电压，与之相应的测试设备的接线方式是“Y”型接法。若取线电压为取样信号。 测试设备需按“ ”接法，结果将造成取样信号中的3n 次谐波被抵消，抵消量大小，与 3n 次谐波电压与同相的基波电压相位及相电压的不平衡度有关。 在普查进程中， 我们发现有 6 座 110k

3、V 变电站中的 9 条 10kV 母线严重超标。 共同特征 是 3 次电压畸变率是造成超标的最主要因素。 其余各次谐波含量不大。 且占比例极低。 同时 所有电压谐波超标的 10kV 母线，电压三相不平衡度也接近或超过国标值。（国标 u 13|偶次 Kn 1.62 1.28 0.72 0.18 0.08 0 注： n 为谐波次数 注： n 为谐波次数 3*Un*n*In HRVn= （ 3） 10*Sk 式中： 1.In1、In2 、 In3为谐波源的同次谐波电流值、单位：安培（A） 2.In：为母线电压上 n 次 谐波的总电流值，单位：安培（ A） 3. Un：母线电压标称值 单位千伏（ kV

4、 ） 4.Sk 公共连接点的三相小方式短路容量，单位兆伏安（ MVA） 5.n：第 n 次谐波。 由于超标特征集中在 3 次谐波上，计算颇为简单。以虎踞变为例， 10kV 母线上的三次 谐波总电流（ I3 ）仅有 9-11 安左右。经计算后， 10kV 侧的三次谐波含量 HRV3 仅有 0.08-0.097% 。与背景谐波相叠加后的电压总畸变率也只有 1.2%-1.5% 。远小于测量数据 6.1%-8.1%的范围。 2.2、谐波电压渗透法： 当已知系统中某点谐波电压， 要推算相邻对应的谐波电压值时， 可引入 “谐波电压渗透 系数”的概念去推算相邻点的某等级谐波电压畸变率。 由如图 2 所示降压

5、变压器，由变压器 T1 供给负荷 F。功率因数补偿的电容器组 C0 上 串联， a%电抗器 L0。该系统的等值电路如图 3 所示。图中 RTn、XTn 为变压器的第 n 次谐 波的等值电抗和电阻。 XFn 、RFn为负荷的第 n次谐波等值电抗和电阻。 XLn 、XCn 为电抗 器和补偿电容的第 n 次谐波等值电抗。 电源侧 A 的第 n 次谐波电压 UAn( %),利用等值电路与负荷侧 B 的谐波电压 UBn( %) 关系为： UBn = Kun * UAn 式中： Kun 为谐波电压渗透系数 ZcnZfn Kun = | Zcn Zfn+ZTn 式中： Zcn = j ( Xln - Xcn

6、 ); ZTn = RTn+jXTn 式中符号为并联符号。 为使问题讨论简单化，同时避开补偿电容器组对第 n 次谐波的放大作用，作 4 点假设。 切除补偿电容器组 不计变压器损耗。 系统满足 Rfn Xfn 。 负荷侧无大型冲击性负载。 在这些条件均满足情况下， (实际上除第 2 点外，其余 3 点在实际测试中都具备或能做 到)我们获得 Kun 。 验经数据如下，当 n7 ，也趋近向 1 趋近。 仍以虎踞变为例， 莫云 2#(796),莫虎 1#(798) 两条 110kV 进线。电压总失谐率为 0.91-1.2%， 根据电压渗透原理， 10kV 的电压总畸变率应为： 0.91%-1.2%*(

7、 1.05%-1.17% )=0.96%-1.4% 的范围之内， 也远小于现场所测的 6.1%-8.1% 范围。 3、现场测量： 由谐波电流换算谐波电压法和谐波电压渗透法的理论分析，这 6 座 110kV 变电站 10kV 母线侧， PT 上取样的相电压测试数据是一个错误结论。而电磁式电压互感器频率响应在 50Hz-1500Hz 范围内，基本上是一个线性电压传递器件。问题的焦点就集中到消谐电阻上， 由氧化锌阀片构成的消谐电阻，其伏安特性是类似于稳压管的非线性特征。 短接电压互感器一次侧的消谐电阻，将 10kVPT 的中心点直接接地，此种工况下，应是 10KV 母线电压的真实电压谐波值。测试结果

8、如表2 所示。 表2 压况 测 消谐电阻短接 (THDv%) 消谐电阻接入系统 ( THDv% ) 投入补偿电容 器组 切除补偿电容器 组 投入补偿电容器 组 切除补偿电容器 组 Ua Ub Uc Ua Ub Uc Ua Ub Uc Ua Ub Uc 10kV 段试 % 1.6 1.8 1.3 0.9 1.0 0.7 8.2 6.1 7.6 7.4 5.7 7.1 10kV 段 % 2.5 2.4 1.7 1.1 1.3 0.9 6.4 5.0 6.6 6.3 5.0 5.6 注：表中是相电压的总失谐率数值 由表 2 可以看出， 母线电压的畸变率是由消谐电阻等器件引起， 运用电流、 电压换算法

9、， 电压渗透法估算出的电压总含谐量和切除电容器组的测量结果较接近。 由电能质量分析仪 （PS-3），分析软件程序， 打印出的 3次谐波电压日变化曲线 （图 4 所示 ）。 虽经供电系统的峰，谷，平三个时段，但畸变率基本上是一条直线。证明了是一个稳定的畸 变因素。与用户负荷无关。 10kV 母线却是一个在 0-7% 之间的稳定电压。 PT 中心点流过消 谐电阻的电流，形成的电压，与灭弧线圈，是造成三次谐波被放大很多的最重要的原因。 A相电压 B相电压 C相电压 图4 改进测试方法： 如图 5 所示，为满足国标取相电压要求，测试设备仍按 Uo对地有一电压，电压是由三相另序和谐波电压（主要是 Y”型

10、接法，但 N 点不接地。 3 次造成）。 Uo是一次侧的中心点，对地也有电压，而电压主要由三相不平衡量和谐波电压，主要 也是 3 次所致。因此 Uo 与 Uo是一个方向相同的电压偏差，对测试设备而言。就相对消弱 和减小了因消谐电阻之故所造成的测量误差。 按此设想，仍在虎踞变，将消谐电阻短接后，投切补偿电容器组，测得的一组数据，与 将消谐电阻接入电网系统，测试设备中心点悬浮，投、切补偿电容器组，所得的数据列入表 3 所示。 表3 消谐电阻短接 测得设备中心点接地 消谐电阻接入系统 测量设备中心点悬浮 投入补偿电容 器组 切除补偿电容 器组 投入补偿电容 器组 切除补偿电容 器组 Ua Ub Uc

11、 Ua Ub Uc Ua Ub Uc Ua Ub Uc 10kV 段 % 1.89 2.2 1.6 0.8 1.1 0.7 1.5 1.9 1.2 0.9 1.2 0.7 6 1 7 7 3 7 4 7 7 5 10kV 段 % 2.09 2.4 1.6 0.9 1.4 0.9 2.2 1.9 1.6 1.0 1.5 1.0 7 3 9 9 4 8 3 0 1 3 注：表中是相电压的总失谐畸变率 从表 3 可明显看出，消谐电阻接入系统后， 采用测试设备中心点悬浮方法所测得的数据， 较为贴近实际情况， 尤其在切除功率因素补偿电容器组的的工况下， 这种测试方法， 所得测 试结果更为贴近实际。 但要特别指出的是， 这种测试方法， 要求测试设备电压信号通道必须隔离并且相互独立， 无内在电气连接点。经 9 条母线的验证，这种接线方式测量具有很高的准确性。 3 次谐波很高，是否是虚假值的论证方法有三种。方法一可把变电站所用变， （部分变 电站也有将接地变当所用变供电）作为 PT 来取相电压。因为所用变负荷率一般不足15%， 测试时最好再停用照明设备、空调直流浮充等负荷，用所用变测的电压谐波结果会略高于 PT 二次侧所得测试结果，若不仅不高反而低，而且