變電站35kV 系統電壓不平衡的研究與治理

劉彥生 張 明 王勇煥 丁 毅

（1.河南油田水電廠，河南 南陽 473132；2.河南油田油建工程建設公司，河南 南陽 473132）

河南油田五里崗變電站為110kV降壓變電站，主變為為110/35/6kV三圈變壓器。近年來，該站在35kV系統運行方式調整時曾多次出現過電壓不平衡現象。如：2010年7月31日16：30，35kV雙井線退出運行時，中央信號盤報35kV系統單相接地信號，同時三相電壓嚴重不平衡，A、B、C三相電壓分別為：20kV、26kV、20kV，三相電壓不平衡度達到27.3%，B相運行電壓超過額定電壓的30%。

1 中性點不對稱電壓

對于中性點絕緣電網，特別是中壓電網，當線路未換位或換位不好時，電網的三相對地電容互不相等。因此，中性點對地必然存在一定數值的對地電位差，即所謂的“不對稱電壓”。當消弧線圈投入運行后，電網的三相對地電容與消弧線圈的電感便會構成串聯諧振回路。如果消弧線圈恰好在諧振點附近運行，此時便會出現電壓諧振現象，使電網的中性點發生顯著的位移，嚴重破壞三相電壓的對稱平衡。長期運行危及設備絕緣，釀成設備損壞事故或引起電網單相接地及短路跳閘故障。DL/T 620—1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》規定：中壓電網的最高允許不平衡電壓不得超過額定電壓的15%。

1.1 不對稱電壓

中性點經消弧線圈接地電網，在消弧線圈投入運行前或退出運行后，電網中性點處于不接地狀態下運行，中性點對地的不對稱電壓為

式中，u00為網絡的不對稱度，架空線路電網的不對稱度通常為0.5%～1.5%；d為網絡的阻尼率，一般為1.5%～2.0%；Uφ為相電壓。

1.2 位移電壓（U0）

當消弧線圈投入運行后，補償電網在正常運行情況下，消弧線圈的電感與電網的三相對地電容構成電壓諧振回路。由于電網中性點有不對稱電壓U00的存在，回路中就有零序電流I0流過，于是在消弧線圈的兩端產生了電位差，該電位差即為通常所稱的中性點位移電壓U0。

式中，υ為脫諧度。

2 變電站35kV系統電壓不平衡分析

2.1 35kV系統運行方式

五里崗變電站35kV系統為中性點經消弧線圈接地方式，消弧線圈為預調試，型號為XDZJ1-500/35，調節檔位數為14檔，補償電流為10～25A，每檔級差為1.1A、1.2A。

五里崗變電站35kV系統包括以下兩種運行方式：

方式1：五雙線－雙井線－井樓開關站，井古線、五下線、里王線線路充電，五安線、五雷線運行。

方式2：五雙線－雙井線，五下線、里王線線路充電，五安線、五雷線運行。

2.2 電壓不平衡原因分析

方式1：電網不對稱電壓U00=0.133kV，消弧線圈在3檔運行，補償電流IL=12.3A，系統電容電流IC=19.08A，失諧度υ=(IC-IL)/IC=(19.08-12.3)/19.08=35.5%，阻尼率d取1.5%，則中性點位移電壓為

現場實測到的中性點位移電壓為 0.344kV，考慮到系統電容電流的測量誤差，理論計算值基本與現場實際值吻合；消弧線圈投入運行后電網不對稱電壓被放大2.86倍。

方式2：電網不對稱電壓U00=0.228kV，消弧線圈在3檔運行，補償電流IL=12.3A（3檔），系統電容電流IC=11.7A，則失諧度υ=（IC-IL）/ IC=（11.75-12.3）/11.7=-5.13%。阻尼率d取1.5%，則中性點位移電壓為

現場實測到的中性點位移電壓 4.88kV、為24%Uφ，理論計算值與現場測試值差別的原因為系統電容電流測量誤差所致；消弧線圈投入運行后電網不對稱電壓被放大了20.4倍。

通過上述理論計算可知，該站在運行方式2下中性點位移電壓較大，造成三相電壓嚴重不平衡的根本原因為：①電網不對稱電壓較大，U00=0.228kV；②消弧線圈中性點無限壓措施。

“預調式”消弧線圈在電網單相接地故障發生前，即調整消弧線圈接近諧振點運行，失諧度υ=-5%～-10%，易使中性點位移電壓被放大后不滿足要求。該站中性點位移電壓被放大20.4倍，為額定相電壓的24%，遠大于規程規定的不超過15%額定相電壓。

3 治理措施

3.1 合理調整消弧線圈檔位

按照失諧度 υ=-5%～-10%、補償后的殘流Iδ≤5A的標準合理調整消弧線圈檔位。在方式1下運行時，消弧線圈調為 10檔，補償電流為 20.4A，Iδ=1.32A。υ=-6.9%；在方式2下運行時，消弧線圈調為3檔，補償電流為12.3A，Iδ=0.6A，υ=-5.1%。

3.2 消弧線圈中性點串聯限壓電阻

根據該站不同運行方式下電網最大不對稱電壓及消弧線圈補償電流最小檔位的感抗，由公式d計算出限壓電阻R=152Ω，取150Ω。

限壓電阻采用真空接觸器和晶閘管雙短接措施，如圖1所示。

圖1 預調式消弧線圈限壓電阻接線圖

電網正常運行時，消弧線圈通過限壓電阻接地，抑制電網中性點位移電壓的升高；電網發生單相接地時，真空接觸器和晶閘管動作接點閉合，將限壓電阻短接，避免通過較大的接地電流使限壓電阻燒毀。

4 結論

2011年4月，在該站35kV系統消弧線圈中性點安裝阻尼電阻箱及自動調諧控制器一套。裝置投運后，35kV系統在不同運行方式下，系統三相電壓差別不大，未再出現電壓嚴重不平衡及系統虛報單相接地現象。如在方式2下運行，A、B、C三相電壓分別為：21.5kV、22kV、20.8kV，三相電壓不平衡度為5.6%，B相最高不平衡電壓超過額定電壓的8.9%，小于規程規定的15%。