6kV廠用段三相電壓不平衡原因分析

唐俊清

摘 要：本文針對克拉瑪依電廠6kV廠用段三相電壓不平衡現(xiàn)象，分析了可能造成6kV廠用段三相電壓不平衡的原因，并提出了相應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞 ：電壓互感器 ;電壓;中性點消諧器;不平衡

1 異常現(xiàn)象

近期，運行人員在ECS上監(jiān)盤時發(fā)現(xiàn)6kV廠用段三相相電壓及線電壓均不平衡：三相相電壓分別為UA： 3.77kV、UB：3.73kV、UC：3.41kV，三相線電壓分別為：UAB： 6.54kV、UBC：6.46kV、 UCA：5.9kV，三相電壓不平衡值達到10%，不平衡現(xiàn)象較明顯。

2 6kV廠用段三相電壓不平衡的原因分析

2.1 6kV廠用段電壓互感器基本運行情況

6kV廠用段配置有3只單相電壓互感器（簡稱PT），型號為JDZJ-6型，接線組別為Y0/Y/Δ，額定電壓為6000/ /100//100/3，準確等級分3級：0.5，1，3級。為抑制電壓互感器鐵磁諧振，在3只單相PT一次繞組 Y0接線中性點與地之間加裝一組消諧器，中性點消諧器的型號為LXQII-10（6）型。

2.2 6kV廠用段三相電壓不平衡原因查找

2.2.1 6kV廠用段PT測控裝置誤差

6kV廠用段PT配置了四方公司CSC299數(shù)字式PT測控裝置，其主要功能是將6kV廠用段PT電壓等測控信號上傳至ECS，因此，為判斷是否由于PT測控裝置誤差造成的三相電壓不平衡，我們首先用萬用表測量了由6kV廠用段PT二次回路引入測控裝置的三相相電壓，發(fā)現(xiàn)和ECS上顯示的電壓一致，因此排除了6kV廠用段PT測控裝置誤差造成的三相電壓不平衡。

2.2.2 電壓互感器一次側(cè)熔斷器或一次繞組直流電阻不平衡的影響

如電壓互感器一次側(cè)熔斷器或一次繞組直流電阻不平衡，也會造成二次側(cè)三相電壓不平衡，因此技術(shù)人員對電壓互感器一次側(cè)熔斷器及一次繞組直流電阻進行了測量，測電壓互感器一次側(cè)熔斷器三相均為90歐左右，一次繞組直流電阻值A(chǔ)X：734.7歐、BX：730.8歐、CX：737.2歐，電阻差值也在合格范圍內(nèi)。

2.2.3 電壓互感器一次側(cè)安裝消諧器的影響

為判斷是否是電壓互感器一次側(cè)安裝消諧器造成的三相電壓不平衡，技術(shù)人員拆除6kV廠用段PT一次側(cè)中性點與地之間的消諧器，將PT一次側(cè)中性點直接接地后試送電，6kV廠用段三相電壓和開口三角電壓值均恢復(fù)正常。由此可以判斷是電壓互感器一次側(cè)裝設(shè)消諧器造成的電壓異常。

2.3裝設(shè)消諧器后三相電壓不平衡原因分析

2.3.1? 消諧器原理簡介

在6-35kV中性點不接地系統(tǒng)中，母線上Y0接線的PT一次繞組是中性點不接地電網(wǎng)對地的唯一金屬通道。當電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，電網(wǎng)相對地電容的充、放電，必然通過PT一次繞組，使其鐵芯深度飽和，因此在電網(wǎng)單相接地故障消失時，會在PT一次繞組中出現(xiàn)數(shù)安培的涌流，可能將PT高壓熔絲熔斷。

2.3.2 電磁式PT的勵磁電流特性

電磁式PT是由帶有鐵心的繞組構(gòu)成。由于鐵芯的非線性及磁滯效應(yīng)等，勵磁電流與它所產(chǎn)生的主磁通呈非線性關(guān)系，當一次繞組接入電壓所產(chǎn)生的磁通超過飽和點時，繞組中勵磁電流呈尖頂波狀，若將尖頂波進行分解， 除基波分量外， 包含有各奇次諧波， 其中3次諧波幅值最大。

2.3.3 安裝消諧器后對PT二次側(cè)三相電壓的影響

因消諧器裝在電壓互感器一次繞組Y0接線中性點與地之間，如下圖2所示。當Y0接線的PT接入三相對稱電壓UA、UB、UC 時，設(shè)流過三相PT一次繞組Y0接線的勵磁電流為IAm、IBm、ICm，其中基波勵磁電流為：I1Am、I1Bm、I1Cm，三次諧波勵磁電流為：I3Am、I3Bm、I3Cm，流過中性點電流為I0，其中基波電流為I10，三次諧波電流為I30。如將通過PT一次繞組的勵磁電流分解成基波和三次諧波電流，則流過中性點的電流I0為基波電流I10和三次諧波電流I30之和。理論上，若三只單相PT的伏安特性相同，則三相勵磁基波電流的模相同，相位相差120度，這時流過中性點的基波電流I10=I1Am∠0+I1Bm∠120+I1Cm ∠-120= 0，而三相勵磁三次諧波電流則受一次繞組電壓所產(chǎn)生的磁通是否飽和的影響，當磁通未飽和時，三次諧波電流I30=0，當磁通飽和時，因三次諧波電流相位相同，流過中性點的三次諧波電流I30=I3Am+I3Bm+I3Cm =3I3m∠0。

實際上，因三只單相PT的伏安特性不可能完全相同，所以流過中性點的基波電流I10不為0，有一定的數(shù)值，這時就會在消諧器上流過基波電流I10和三次諧波電流I30的疊加電流I0，當疊加電流I0流過消諧器時，因消諧器有一定的電阻值，則會在消諧器兩端產(chǎn)生一定的壓降，使PT一次側(cè)的中性點產(chǎn)生偏移，正是這個中性點位移電壓，使PT二次電壓不平衡，同時使PT開口三角形出現(xiàn)電壓。

從上述分析可知，安裝消諧器后，使PT二次電壓不平衡的因素主要有以下3點：1）三只單相PT伏安特性的一致性，決定了流過消諧器的基波電流的大小;2）PT伏安特性的好壞，即勵磁電流中三次諧波電流的含量的多少，決定了流過消諧器的三次諧波電流的大小;3）消諧器阻值的大小，消諧器阻值越大，中性點位移電壓越高，PT二次電壓越不平衡。

2.4 6kV廠用段PT三相電壓不平衡的具體原因分析

為查找造成6kV廠用段PT三相電壓不平衡的具體原因，技術(shù)人員通過用萬用表測量PT二次側(cè)開口三角兩端電壓和頻率的方法進行判斷，具體方法如下：首先用萬用表測量6kV廠用段PT開口三角兩端電壓，正常情況下，電壓應(yīng)在2V以下，實測6kV廠用段PT開口三角處電壓值為12V，偏高較多，再用萬用表測頻檔測量開口三角兩端的頻率，若頻率是50HZ，則是由于PT三相伏安特性差別過大造成的，若頻率為150HZ，則是由于PT勵磁電流中的三次諧波電流過大造成的，實測6kV廠用段PT開口三角處頻率為150HZ，由此判斷6kV廠用段PT二次繞組三相電壓不平衡的原因是6kV廠用段PT勵磁特性不好，勵磁電流中三次諧波電流過大引起的。

3解決措施

為限制勵磁電流中的三次諧波的影響，可在 PT 開口三角兩端安裝三次諧波限制器。三次諧波限制器主要由正溫度系數(shù)電阻（PTC）、保險絲、電壓指示電路、諧振次數(shù)記錄電路組成。見下圖3，其中的PTC和PT開口三角的內(nèi)阻形成了三次諧波限制電路。PTC串聯(lián)保險絲后接在開口三角的兩端，PTC對高電壓呈現(xiàn)呈高阻（100VAC，阻值>2kW），對低電壓呈低阻（5VAC， 阻值<20W），這樣既可以有效限制諧波，又對電路正常的接地信號沒有什么影響。PT開口三角兩端接入三次諧波限制器后，根據(jù)電路等效原理，相當于在消諧電阻旁并聯(lián)了一個電阻，這樣開口三角兩端的電壓就降下來了。

為驗證三次諧波限制器的效果，技術(shù)人員在6kV廠用段PT開口三角兩端L602和B600處安裝了三次諧波限制器后，6kV廠用段PT三相電壓恢復(fù)平衡，開口三角電壓值恢復(fù)正常。

結(jié)束語：通過對6kV廠用段電壓互感器二次側(cè)三相電壓不平衡的原因分析，找到了引起此現(xiàn)象的原因是一次側(cè)安裝消諧器和三只單相PT勵磁特性不好造成的，解決此問題的辦法，一是采用勵磁特性好、鐵芯不易飽和的PT，還有就是在不更換現(xiàn)有PT的情況下，在PT開口三角兩端安裝三次諧波限制器，以解決電壓互感器二次側(cè)三相電壓不平衡的問題。

參考文獻：

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