王能進(jìn)，周子洋，李 飛，覃春陽(yáng)，王 哲

(錦屏水力發(fā)電廠，四川 西昌 615000)

0 引 言

三相電壓不平衡作為電力系統(tǒng)最為常見(jiàn)的異?，F(xiàn)象，會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)和用戶造成一系列的危害,將會(huì)引起旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的附加發(fā)熱和振動(dòng)、發(fā)電機(jī)容量利用率下降、繞組壽命縮短等一系列嚴(yán)重后果。主變壓器低壓側(cè)三相電壓作為發(fā)電廠重要機(jī)組參數(shù)，直接關(guān)乎發(fā)電廠機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 異常主變壓器簡(jiǎn)介

該電廠主變壓器為單相油浸式、水冷雙圈銅繞組升壓電力變壓器組，三相組合容量為702 MVA 。變壓器高壓側(cè)采用油/SF6套管與550 kV GIS相連；低壓側(cè)采用油/空氣套管與IPB相連；高壓側(cè)中性點(diǎn)采用油/空氣套管引出。低壓繞組采用A柱和X柱兩部分并聯(lián)結(jié)構(gòu)，均為雙層圓筒式，上部出線。主接線如圖1所示。

2 事件描述

2.1 事件現(xiàn)象

1號(hào)主變壓器進(jìn)行合閘充電試驗(yàn)(主變壓器空載試驗(yàn))，當(dāng)主變壓器空載狀態(tài)后，運(yùn)行人員在主變壓器低壓側(cè)PT端子箱上檢查，發(fā)現(xiàn)1BYH C相PT二次側(cè)電壓顯示偏小，此時(shí)故障錄波波形如圖2所示。從圖中可看出主變壓器三相電壓不平衡，低壓側(cè)二次電壓A、B、C三相分別為58.358 V、58.282 V、56.757 V，C相較A、B相低1.5 V左右。

圖1 主接線

圖2 1號(hào)主變壓器空載狀態(tài)故障錄波波形

2.2 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

對(duì)主變壓器保護(hù)裝置和故障錄波裝置中主變壓器低壓側(cè)電壓采樣值進(jìn)行檢查，結(jié)果與PT端子箱電壓表顯示一致，初步判斷為一次回路存在異常。對(duì)1BYH C相PT進(jìn)行變比測(cè)試，變比誤差滿足要求。測(cè)試1BYH C相PT一次側(cè)高壓熔斷器阻值為14 Ω左右，熔斷器阻值正常。接著進(jìn)行PT 3倍頻感應(yīng)耐壓試驗(yàn)測(cè)試，通過(guò)用萬(wàn)用表測(cè)量PT二次繞組實(shí)際輸入值與保護(hù)班在PT端子箱PT二次繞組上實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比分析，兩者數(shù)值一致。再進(jìn)行PT高壓尾端與地導(dǎo)通情況測(cè)試，測(cè)得接地電阻值都為0.02 Ω，根據(jù)DL/T 475-2017《接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則》判斷中性點(diǎn)接地狀況良好。最后對(duì)PT進(jìn)行直流電阻測(cè)試，分別將三相PT小車推入工作位置時(shí)測(cè)得直流電阻值均為392.7 mΩ左右(推入工作位置時(shí)，直流電阻實(shí)際測(cè)試值為PT一次回路直流電阻與廠用高壓變壓器高壓繞組、主變壓器低壓側(cè)繞組直流電阻三者并聯(lián)值)，直流電阻平衡；將PT小車?yán)翙z修位置，測(cè)試PT本體一次回路直流電阻值均為1.17 kΩ左右，直流電阻平衡。

待1BYH C相所有試驗(yàn)均正常后，將1BYH C相PT與1BYH B相PT本體進(jìn)行對(duì)調(diào)，再次對(duì)主變壓器進(jìn)行充電，1BYH C相PT二次繞組電壓偏低現(xiàn)象仍未消失，此時(shí)可排除現(xiàn)象由PT本體原因所造成。再次檢查確認(rèn)一次設(shè)備無(wú)故障后，發(fā)電機(jī)出口斷路器系統(tǒng)(GCB)合閘進(jìn)行并網(wǎng)試驗(yàn)，該現(xiàn)象消除。

3 事件分析

3.1 向量圖分析

通過(guò)查詢1號(hào)機(jī)組故障錄波歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，1號(hào)機(jī)組檢修前空載狀態(tài)下即會(huì)出現(xiàn)主變壓器低壓側(cè)三相電壓不平衡現(xiàn)象，GCB合閘瞬間主變壓器低壓側(cè)三相電壓即平衡。初步判斷此現(xiàn)象一直存在，與機(jī)組的參數(shù)三相不平衡有關(guān)。

對(duì)于不接地系統(tǒng)而言，電壓取決于阻抗和容抗，但對(duì)于阻抗很大可忽略時(shí)就主要取決于容抗。在三相對(duì)地電容不平衡時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致中性點(diǎn)漂移，具體漂移的角度及方向取決于三相對(duì)地電容不平衡情況。三相對(duì)地電壓向量圖如圖3所示。某相容抗值越小，即該相對(duì)地電容值越大，則中性點(diǎn)向該相電壓方向漂移，當(dāng)某相對(duì)地電容相比其他兩相越大，則中性點(diǎn)O′向該相偏移越嚴(yán)重。

圖3 三相對(duì)地電壓向量

3.2 等效電路圖構(gòu)建

某電廠發(fā)電機(jī)出口20 kV系統(tǒng)屬于不接地系統(tǒng)且主變壓器、廠用高壓變壓器采用Y-D11接線，在交流電壓作用下，可以看成是如圖4的一個(gè)純電容和電阻所組成的等效電路。此時(shí)對(duì)等效電路圖進(jìn)行分析，由于介質(zhì)中的絕緣電阻極大，可以忽略不計(jì)，因此可以看成是一個(gè)純電容的等效電路。

表1 機(jī)組電容實(shí)測(cè)

如圖4所示，圖中CB1、CB2、CB3為主變壓器低壓側(cè)三相對(duì)地電容，Cg1、Cg2、Cg3為GCB主變壓器低壓側(cè)三相對(duì)地電容，Cd1、Cd2、Cd3為GCB發(fā)電機(jī)出口側(cè)三相對(duì)地電容，CG1、CG2、CG3為發(fā)電機(jī)定子繞組三相對(duì)地電容。

圖4 等效電路

當(dāng)變壓器空載時(shí)，GCB處于分閘狀態(tài)，此時(shí)主變壓器低壓側(cè)三相對(duì)地電容為主變壓器對(duì)地電容CB和GCB主變壓器低壓側(cè)對(duì)地電容Cg。當(dāng)兩個(gè)并聯(lián)電容不平衡時(shí)，主變壓器低壓側(cè)電壓中性點(diǎn)可能由O點(diǎn)漂移至O′，從而導(dǎo)致主變壓器三相電壓不平衡。當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)后，GCB處于合閘狀態(tài)，由于發(fā)電機(jī)對(duì)地電容CG遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CB、Cg和Cd，此時(shí)CB、Cg和Cd可以忽略不計(jì)，起決定作用的為發(fā)電機(jī)對(duì)地電容CG。當(dāng)三相CG對(duì)地不平衡時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出口電壓和主變壓器低壓側(cè)電壓三相電壓不平衡。

3.3 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

利用機(jī)組檢修進(jìn)行主變壓器低壓繞組對(duì)地電容、GCB主變壓器低壓側(cè)電容、GCB發(fā)電機(jī)出口側(cè)電容、發(fā)電機(jī)定子繞組對(duì)地電容數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)。以1號(hào)機(jī)組為例，空載狀態(tài)時(shí)，C相主變壓器低壓側(cè)電容為306.69 nF，A相主變壓器低壓側(cè)電容為297.36 nF，B相主變壓器低壓側(cè)電容為299.56 nF，C相與A、B相間的最大差值較每相總對(duì)地電容值占比較大，達(dá)到2.3%左右。

當(dāng)GCB合閘后，主變壓器低壓側(cè)對(duì)地電容需考慮GCB發(fā)電機(jī)出口側(cè)電容以及發(fā)電機(jī)定子繞組對(duì)地電容，此時(shí)C相主變壓器低壓側(cè)電容為2 928.89 nF，A相主變壓器低壓側(cè)電容為2 917.26 nF，B相主變壓器低壓側(cè)電容為2 922.86 nF，最大差值占總電容比僅為0.39%。因此當(dāng)GCB合閘后電容差值較總電容值占比極大降低，使主變壓器低壓側(cè)電壓差值也降低，從而三相電壓趨于平衡。

4 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)主變壓器空載三相電壓不平衡的原因進(jìn)行了分析，得到如下結(jié)論：

當(dāng)主變壓器空載時(shí)，如果三相對(duì)地電容不平衡，將會(huì)導(dǎo)致主變壓器低壓側(cè)三相電壓不平衡；但由于發(fā)電機(jī)對(duì)地電容較大，且三相基本平衡，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后主變壓器低壓側(cè)三相電壓即平衡，所以主變壓器送電后在確認(rèn)一次熔斷器正常的情況下，PT二次側(cè)電壓值略微不平衡屬于正常現(xiàn)象。