35KV变电所PT二次电压不平衡现象分析.docx

1、35KV变电所PT二次电压不平衡现象分析科技成就报告新建35/6KV变电所初次充电PT三相电压不平衡原因分析及解决方案窑街煤电公司天祝煤业公司二一一年十一月1立项背景 32变电所基本大要介绍 33 理论分析44 PT发生铁磁谐振的危害 85 防范铁磁谐振，除掉PT二次三相电压不平衡现象的措施 86 产生的效益 117 创新点 12新建35/6KV变电所初次充电PT三相电压不平衡原因分析及解决方案 (窑街煤电天祝煤业公司 甘肃 天祝 733211)刘建荣 温天和 徐杜民 多斌学1、立项背景2010年12月2日，天祝煤业公司在投用新建的35/6KV变电所时，当第一段母线充电时，用万用表测量发现二次

2、侧的电压值不平衡，分别为76V、112V、101V，且张口三角端也出现高电压，电压值达102V左右，而且刹时B相电压为零，有空幻接地现象，停电对母线及PT进行检查没有发问题，对PT一次熔断器进行检测，发现B相熔断器熔断，更换一只熔断器后，再次送电，发现二次三相电压依旧不平衡，张口三角端电压偏高，依照经验，在PT的张口三角端处加装一只白炽灯泡，目的是为了除掉张口电压，投用后，白炽灯刹时很亮尔后又熄灭了，用万用表测量二次三相电压还是不平衡，且有一相PT熔断器熔断了,在变电所投用后，又陆续发生了母排瓷套管炸裂和PT烧毁的事故，为了彻查原因，保证变电所的正常投用和正常运行，对上述问题进行系统分析,并采

3、用合理的方案予以解决。2、变电所基本大要天祝煤业公司新建的35/6KV变电所供电系统为中性点绝缘（即中性点不接地）系统，属于小电流接地系统，其优点是在发生单相接地时，能连续工作一段时间（若接地电流不是太大，一般可连续运行12h），这是由于在中性点绝缘的小接地电网中，发生单相接地故障时，故障电流经常比负荷电流小得多，而且系统的电压依旧保持对称，相电压和线电压不但量值保持不变，且相位角仍互为120，因此便于运行人员查找故障点，并采用相应的措施；缺点是由于电网中性点没有固定电位，三相对地电压不牢固，在发生一相接地故障的情况下，其他两相的对地电压长高（一般高升3倍），有可能使电网对地绝缘单薄部发散生绝

4、缘击穿，造成另一相接地，发生相间短路故障。变电所6KV两段母线上各安装1套JDZ10-6型电压互感器，为了实现相对地电压监察和对地绝缘监察，PT的接线方式为星形/星形/张口三角接线，变比为6.3/3/0.1/3/0.1/3KV，变电所内6KV电缆出线共21条。正常运行时，电网的三相电压对称，基本无零序电压输出，其数值一般在0V2V之间。3、理论分析1）电压互感器及其接线方式电压互感器的作用是将电力系统高电压变换成与其成比率的低电压，输入到继电保护、自动装置和测量仪表中，电压互感器正常运行时磁通密度高，凑近饱和值，且一次电压越高，磁通密度越大，天祝煤业公司新建的35/6KV变电所6KV侧母线上安

5、装的电压互感器为三绕组电压互感器，匝数多的绕组为一次绕组，有两个次级绕组，一个绕组用于测量相电压或线电压，称为二次绕组，另一个绕组用于测量零序电压，称为三次绕组。天祝煤业公司新建35/6KV变电所6KV侧三相电压互感器二次回路接线方式以以下图所示，其中A、B、C分别为电压互感器一次的三相输入端子，a、b、c分别为电压互感器二次三相输出端子，a、bc分别为电压互感器三次三相绕组的输出端子，L、N为电压互感器三次输出端子。2）产生不平衡电压的原因分析理论上，小电流接地系统中电压互感器二次、三次电压相量图以以下图所示，图中a、b、c分别为电压互感器二次三相电压，N、L、a、b、c分别为电压互感器三次

6、电压三角形的三个极点。正常运行情况下电压互感器三相一次电压对称并等于额定电压，二次三相相间电压Uab=Ubc=Uca=100V，三次三相相电压ULa=Uab=UbN=33.3V，N、L点重合，即张口三角形输出电压ULN0V。以下图为中性点不接地电网PT的三相简化电路，设Ua、Ub、Uc为三相对称电势，C0为相对地电容，La、Lb、Lc为PT励磁电感，U0为中性点对地电压，由于三相C0相等，三相电势对称，因此U0=0。由上图可见，当三相电压不平衡时，PT三相励磁电感就不相等，此时三相系统也不再是对称的量值，中性点电压偏移，将会产生零序电流和对地电位U0，理论上，对于任何不对称的三相系统都可分解为

7、三个对称的重量，即：零序重量、正序重量和负序重量，正序重量和负序重量数值相等，方向相反，矢量和为零，因此只有零序重量，即张口三角端就有了零序电压，零序电压叠加在二次侧三相电压上，就出现了二次侧三相电压不平衡现象。经过理论分析，结合现场测量和试验情况，判断这是由于PT铁芯磁饱和发生了铁磁谐振现象，从理论上分析有以下两种情况：第一种情况：由于三相PT的伏安特点相差过大，造成三相励磁电流的基波值不平衡。PT一次绕组电流分布以以下图所示，可用数字式万用表测量张口三角两端的频率，测到的频率是50HZ或150HZ，若频率是50HZ，说明三相PT的伏安特点相差过大，以致三相励磁电流的基波值很不平衡，改进方法

8、是选择三相PT的伏安特点基本一致的编成一组。但一般情况下，由于三相PT的伏安特点相差过大，造成张口三角电压高升的情况不多，经我们现场测试，其频率是150HZ，因此能够消除PT的质量问题。第二种情况：当供电线路各相对地电容形成的容抗与线路上所接入的PT各相的综合感抗数值周边或相等时也会发生铁磁谐振，由于在中性点非直接接地系统中，存在线路相对地电容C0，为了使PT张口三角拥有系统接地绝缘监察功能，一次高压绕组中性点必定接地，这样PT一次侧相电感L0和相电容C0在系统正常运行的情况下组成电压谐振回路，在变电所6KV母线段充电时，由于未投入其他供电回路，而母线又很短，只有十几米长，因此每相对地电容C0

9、值很小，即各相的容抗值Xc和单相PT的各相的感抗XL较大，且数值凑近，在电感和电容两端出现了高于额定电压和额定电流几倍至几十倍的过电压和过电流，从而使PT线圈中出现了激磁涌流以致铁芯磁通饱和，三相电感不等，与电网相对地电容组成谐振回路，最后烧坏PT一次熔断器，若是这种情况连续时间较长，严重时将造成系统的单薄点击穿甚至PT烧毁。综上分析，当时发生的铁磁谐振就是第二种情况。4、PT发生铁磁谐振的危害1）发生铁磁谐振时，系统中性点电位高升，出现较高的零序电压，产生谐振过电压，特别是高频谐振，过电压的倍数较高，会引起电气设备绝缘损坏，甚至可能以致避雷器爆炸、电压互感器绕组烧毁等故障，出现基频谐振和分频

10、谐振时，由于电压互感器的电感急剧下降，励磁电流很大，特别是分频谐振，因其频率低，产生的谐振过电流数值有可能会达到额定电流的几百倍，而由于互感器绕组的感抗又很小，较大的过电流经常以致电压互感器熔丝熔断。2）当发生基频谐振时，由于两相电压高升，一相电压降低，但相间电压依旧对称，从而造成空幻接地的假想，引起继电保护设备误动作，严重威胁供电系统的安全可靠运行。5、防范铁磁谐振，除掉PT二次三相电压不平衡现象的措施由于供电系统中的电感值和对地电容值不是常数，因此PT铁磁谐振的发生拥有有时性，只有在合适的时间损坏谐振条件，才能达到除掉谐振的目的，详尽的防范铁磁谐振的措施有以下几种：1）依照对铁磁谐振发活力

11、理的研究，最简单的一种方法是静电电容补偿法，由于现在大多数供电系统，为减少投资，节少电费支出，都采用母线静电电容器补偿方式，即在母线上安装电容器补偿装置，将负载功率因数呈容性。这是人为增大相对地电容C0值，使3XC0/XL0.01，走开谐振地域，损坏铁磁谐振条件，这种方法在进行倒闸操作、空投变压器、线路时能临时解决铁磁谐振的问题，天祝煤业公司在投用新建的35/6KV变电所时就采用了该方案，带上母线上的300Kvar的电容器组后，发现三相电压不平衡误差相对减小，且张口三角端的电压降为72.2V，且张口三角端的电压降为6.3V。但这种方法有必然的限制性，由于当改变电网相对地容C0时，XC0/XL随

12、之改变，回路中有可能出现由一种谐振状态转变为另一种谐振状态的情况。2）另一种方法是在电压互感器三次绕组张口三角端安装消谐器，接线方法以以下图所示，将三次谐波限制器反面的两接线端与三次绕组张口三角两端用绝缘导线连接，将三次谐波限制器接入PT张口三角两端，这种方法相当于在电压互感器零序回路中增加电阻，能将部分零序电压降耗资在消谐器上，降低张口三角两端的电压，使电压互感器的饱和程度降低，不至于发生铁磁谐振，但是对于低频振荡，由于其特点与单相接地的特点相似，因此不能够正确鉴识，而规范要求单相接地时，可连续带故障运行12小时，从而可能使电压互感器内流过较大的电流，且连续时间过长而烧坏绕组，因此，该措施只

13、适用于对地电容较小的电网。2）再一种方法是在PT一次侧中性点与地之间安装三次谐波限制器来限制PT二次侧张口三角两端的三次谐波电压高升。天祝煤业公司在变电所成功投用后的5个月内，分别出现了1次母线瓷套管炸裂和1次互感器炸裂的事故后，就采用这种方法进行消谐。老例的安装方法是在互感器高压绕组中性点串接一个消谐器（阻尼电阻），其接线方法以以下图所示：采用该措施，能够控制铁磁谐振过电压，但在消谐器选型方面要特别慎重，由于当消谐器电阻越大，分担的电压就越高，互感器就越不简单饱和，虽能有效防范发生铁磁谐振，但经过实质使用后，发现若电阻太大，PT张口三角端输出的电压就相应降低，当发生单相接地故障时，将会影响继

14、电保护装置动作的矫捷性。为了战胜这些问题，天祝煤业公司用一种LXQ-10型非线性电阻消谐器代替老例的消谐器，由于依照非线性电阻的伏安特点曲线，在零序电压较低时，呈高阻态，在发生单相接地时，消谐器上产生较高的电压，使其电阻降低，从而增大张口三角端的电压值，能保证继电保护可靠动作。6、产见效益天祝煤业公司供电系统需要实时监测三相对地电压并对系统进行绝缘监察，实现接地报警的功能，因此全部采用三相独立的电压互感器，经过在PT一次侧中性点与地之间安装非线性电阻，限制PT二次侧张口三角两端的三次谐波电压，收效较为明显，用万用表实测数据以下表：名称采用消谐措施前采用消谐措施后一次电压二次电压一次电压二次电压

15、I段PTAN6.3/3KV89V6.3/3KV65.5VBN6.3/3KV65V6.3/3KV63VCN6.3/3KV70V6.3/3KV59.7VLN6.3V1.8VAB6.3KV101V6.3KV107.7VBC6.3KV112V6.3KV109.1VCA6.3KV117V6.3KV107.7VII段PTAN6.3/3KV76V6.3/3KV62.5VBN6.3/3KV61V6.3/3KV62.9VCN6.3/3KV56V6.3/3KV63.3VLN6.8V0.27VAB6.3KV121V6.3KV108.3VBC6.3KV81V6.3KV109.2VCA6.3KV119V6.3KV108

16、.2V经过天祝煤业公司实质运行情况来看，在2010年12月份，初次投用新建的35/6KV变电所时，由于发生铁磁谐振，造成PT二次侧三相电压不平衡，且张口三角端的零序电压严重偏高，以致变电所不能够顺利投用，最后经过带静电电容器组，临时除掉了PT饱和电压，顺利投用了变电所，但运行至2011年2月8日，变电所35KV侧发生了一起因铁磁谐振过电压，以致母线瓷套管炸裂的事故，4月6日发生了一起6KV侧I段母线PT的B相熔断管爆裂的事故，5月18日，变电所35KV侧II段母线计量柜的一相PT又再次烧毁并爆裂。采用在PT一次侧中性点与地之间安装三次谐波限制器（非线性电阻消谐器）消谐措施后，经过近5个多月的观

17、察，PT二次侧三相电压能向来保持平衡，张口三角端的零序电压也能保持牢固，且不影响小电流选线装置的正确选线，从而保证了供电系统的安全可靠运行。7、创新点1）用最简单、最经济的方法解决了重要的安全供电问题，实现了经济效益最大化。初步计算，每只非线性消谐器价格为9001000元左右，解决上述问题花销共计约为36004000元左右，采用措施后，既保证了新建变电所的按期顺利投用，同时，每年降低维修花销约为900010000元。2、采用LXQ-10非线性电阻消谐器代替老例的消谐器，该消谐器的直流特点与传统的RXQ消谐器周边，但结构设计迥异，它是用高密度的SiC为基料，经高温绕结而成的多个非线性阻尼无件并、

18、串通组成，体积小、重量轻，而且安装也很方便，在过安装时要注意，不能够将阻尼电阻固定在PT的紧固螺栓上，由于该处是不接地的，应与接地螺栓相连接，并确认接地优异，这样既能除掉铁磁谐振过电压，同时也能保证单相接地故障的正确选线，提高了供电的安全可靠性。参照文件：【1】储百森 配电网铁磁谐振防治经验 电工技术杂志 2003（3）：82-83【2】刘新东 10-35KV配电网铁磁谐振过电压的表现形式及除掉措施 电工技术杂志，2000 （6）：45-46【3】周洁莲 、吴少珍 防范电压互感器的铁磁谐振过电压的有效措施 2001（7）：53、55【4】电力主设备继电保护的理论实践及运行案例（电气部分） 中国水利水电初版社项目完成人员：刘建荣 男 工程师 窑街煤电公司天祝煤业公司副经理温天和 男 工程师 窑街煤电公司天祝煤业公司机运部部长徐杜民 男 助理工程师 窑街煤电公司天祝煤业公司机运部副部长多斌学 男 助理工程师 窑街煤电公司天祝煤业公司主管供电业务员