李明

（湖北聯(lián)網(wǎng)電力設(shè)計(jì)有限公司，湖北 武漢 430000）

電力系統(tǒng)三相電壓平衡狀況是電能質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，三相負(fù)荷不平衡以及系統(tǒng)元件三相參數(shù)不對稱都會引起電力系統(tǒng)三相不平衡。如果電壓出現(xiàn)了不平衡的現(xiàn)象，其不對稱性直接導(dǎo)致影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及安全性。因此，對電壓不平衡的原因進(jìn)行分析，是保證電力系統(tǒng)運(yùn)行高效性和安全性的重要途徑。

在35kV非直接接地系統(tǒng)中，經(jīng)常出現(xiàn)三相電壓不平衡現(xiàn)象，其產(chǎn)生的原因多種多樣，如不及時查出原因，可能使設(shè)備受到嚴(yán)重威脅，甚至擴(kuò)大事故。本文主要對線路側(cè)安裝電容式電壓互感器產(chǎn)所引起的35kV母線電壓不平衡現(xiàn)象進(jìn)行原因分析，發(fā)現(xiàn)35kV非直接接地系統(tǒng)中，發(fā)生電壓不平衡共同特征是35kV線路短，負(fù)載輕，在線路側(cè)設(shè)有電容式電壓互感器。結(jié)合實(shí)際工程情況進(jìn)行分析計(jì)算，并根據(jù)分析結(jié)果，對設(shè)備選型及應(yīng)對方案提出合理的建議。

1 工程概況

兩河35kV新建變電站，該工程參考《國家電網(wǎng)公司35kV智能變電站模塊化建設(shè)通用設(shè)計(jì)》35-C-1方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。35kV采用戶外AIS配電裝置，35kV至舊司出線間隔線路側(cè)A相配置一臺單相電容式電壓互感器。

2 存在的問題

根據(jù)GB/T 15543-2008《電能質(zhì)量 三相電壓不平衡》中4.1條：“電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)不平衡度限值為：電網(wǎng)正常運(yùn)行時，負(fù)序電壓不平衡度不超過2%，短時不得超過4%。”

根據(jù)DL5222-2016《導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中18.1.7條：“中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)，在正常情況下，長時間中性點(diǎn)位移電壓不超過額定相電壓的15%，脫諧度一般不大于10%（絕對值）”。

對舊司-兩河35kV純線路送電時（舊司變35kV約有6km其他線路在運(yùn)行，兩河變35kV母線和主變均未投入），出現(xiàn)舊司變35kV母線電壓A相降低（約1400V），B、C相升高（約700V）。通過結(jié)果來看，三相電壓不平衡度不滿足電能質(zhì)量要求，但本工程是35kV中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)，滿足導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定，電網(wǎng)可以安全運(yùn)行。

3 問題分析

3.1 原因分析

在以往工程中，35kV線路側(cè)電壓互感器常規(guī)配置為電磁式電壓互感器。根據(jù)《國家電網(wǎng)有限公司35～750kV輸變電工程通用設(shè)計(jì)、通用設(shè)備應(yīng)用目錄（2019年版）》中，35kV電壓互感器通用設(shè)備中，剔除了電磁式電壓互感器，僅保留電容式電壓互感器，故本工程選用單相式電容式電壓互感器。本工程中引起母線電壓不平衡的可能原因有以下幾種：（1）即當(dāng)長距離空載線路，線路對地容抗大于線路感抗時，就會發(fā)生線路末端電壓升高的現(xiàn)象。實(shí)際上，系統(tǒng)中電源容量是有限的，當(dāng)發(fā)生電容效應(yīng)時，線路的電容電流流過電源上的電感也會造成電壓升高，從而引起電壓不平衡。（2）電網(wǎng)正常運(yùn)行時，由于線路的三相對地電容不平衡，即線路換位不完善，線路的三相阻抗不對稱，從而導(dǎo)致電網(wǎng)中性點(diǎn)與地之間存在一定電壓，其電壓值的大小直接與電容的不平衡度有關(guān)。（3）電壓互感器設(shè)備本身的故障因素。（4）三相PT不對稱引起的電壓不平衡。線路PT非全相運(yùn)行時也會造成電壓不平衡，一相或兩相PT的接入會導(dǎo)致系統(tǒng)三相對地電容的不平衡，從而引起電壓不平衡。

3.2 故障排查

（1）本工程線路雖然為空載送電，也未進(jìn)行線路換相設(shè)計(jì)。但線路長度僅為15km，與其他線路疊加總長為21km，未達(dá)到長距離送電線路標(biāo)準(zhǔn)（一般為大于100km），故不存在第一種和第二種因素。

（2）對線路電壓互感器進(jìn)行電氣試驗(yàn)，數(shù)據(jù)如表1。

表1

根據(jù)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們可以排除電容式電壓互感器的故障第三種因素。

（3）經(jīng)排查，舊司變35kV母線三相PT運(yùn)行正常。

經(jīng)過試驗(yàn)，當(dāng)退出35kV線路側(cè)A相CVT后，重新投入35kV線路時，舊司變35kV母線電壓恢復(fù)正常?？梢源_定是第四種因素導(dǎo)致，即單相電容式電壓互感器的接入，引起各相對地電容的不平衡所致。

3.3 計(jì)算論證

35kV系統(tǒng)為中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，發(fā)生電壓不平衡現(xiàn)象共同特征是35kV系統(tǒng)輕載，本工程在線路側(cè)A相安裝一臺電容式電壓互感器，相當(dāng)于在A相多并聯(lián)了一個電容量，等效電路示意圖1。

圖1

線路愈長電容量愈大，線路愈長容抗愈?。╔c=wc/1），即以1km線路而言，其每相對地電容約 0.004μF。

在忽略線路及設(shè)備對地電導(dǎo)時，可得中性點(diǎn)對地位移電壓計(jì)算公式如下：

式中：UX為系統(tǒng)相電壓值，相因子?=ej1200。由上式可知如果Ca=Cb=Cc時，分子等于0，即忽略線路對地電導(dǎo)時，在系統(tǒng)三相線路對地電容相等情況下，系統(tǒng)電壓偏移為零。

在線路空載時，不考慮其他線路的投入工況下：

本工程線路長度15km，即每相電容量為0.06μF；C相電容式電壓互感器電容量為0.02μF，式中用Cx表示。

在線路空載時，考慮其他線路的投入工況下：

本工程線路長度15km，其他線路長度按照6km考慮，即每相電容量為0.084μF；C相電容式電壓互感器電容量為0.02μF，式中Cx表示。

該理論計(jì)算值與現(xiàn)場實(shí)際測量電壓偏差值1400V基本吻合。

（3）在線路空載時，需要多長線路能夠滿足電壓不平衡偏離值＜2%的電能質(zhì)量：

經(jīng)過計(jì)算：按純架空線路至少需要架空線路長度84.25km；按純電纜線路（按截面240mm2，每相電容0.1805μF/km）計(jì)算至少需要電纜線路長度1.867km。

4 結(jié)語

線路輕載時，由于35kV電源容量小，因電容式電壓互感器引起的電容量占比大，根據(jù)電容量等效計(jì)算，相當(dāng)于A相較B、C相線路長度長5km。隨著線路負(fù)荷的增長或者線路長度的加長（考慮線路對地電容相同），電壓不平衡會逐步減小。結(jié)合根據(jù)以上推理結(jié)果，選擇35kV電容式電壓互感器對于初期線路短，負(fù)載輕的系統(tǒng)，電壓偏移較為明顯，雖然不滿足電能質(zhì)量要求，但可以滿足電網(wǎng)安全運(yùn)行要求。鑒于恩施地區(qū)因小水電或者風(fēng)電較多，有線路檢同期和檢無壓的特殊需求，在今后工程中會經(jīng)常需要新增35kV線路電壓互感器。在對電能質(zhì)量要求高的地區(qū)，對后期工程的建議：（1）35kV電壓互感器在設(shè)計(jì)選型中，優(yōu)先選用電磁式電壓互感器。（2）在有貿(mào)易關(guān)口點(diǎn)做計(jì)量考核時，出線35kV電壓互感器可裝設(shè)三相電容式，使A、B、C三相電容量保持平衡，電壓不平衡偏離值可以滿足要求。