李 惠，劉瑞達(dá)

(1.內(nèi)蒙古華蒙電力勘察設(shè)計(jì)院有限公司；2.內(nèi)蒙古電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

三相電壓不平衡是指三相電壓的幅值或者相角不一致，且偏差超過(guò)國(guó)標(biāo)要求的范圍。三相電壓不平衡在電網(wǎng)中經(jīng)常存在，如果超過(guò)國(guó)標(biāo)要求值，會(huì)對(duì)電能質(zhì)量、設(shè)備運(yùn)行和電網(wǎng)安全產(chǎn)生很大的影響和危害。三相電壓不平衡時(shí)就會(huì)對(duì)應(yīng)產(chǎn)生負(fù)序電流和零序電流，對(duì)電力線(xiàn)路造成嚴(yán)重的損耗和很大的壓降，并且干擾通信系統(tǒng)，造成旋轉(zhuǎn)電機(jī)以及變壓器的發(fā)熱、振動(dòng)、損耗，影響用電設(shè)備的使用壽命。

1 某企業(yè)三相電壓不平衡案例

某企業(yè)35kV保護(hù)裝置頻繁報(bào)“35kV電網(wǎng)三相電壓不平衡故障”，裝置顯示線(xiàn)電壓正常，相電壓不平衡，且不對(duì)稱(chēng)度超過(guò)10%，其他等級(jí)電壓運(yùn)行正常未報(bào)警，且電壓互感器熔斷器經(jīng)常性熔斷，成為困擾企業(yè)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的一大難題，所以必須對(duì)此情況進(jìn)行檢查、分析，找到原因并進(jìn)行解決才能保證正常的供電需求。 35kV母線(xiàn)電壓值監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，見(jiàn)表1。

表1 35kV母線(xiàn)電壓值匯總表(壓敏特性)

2 問(wèn)題分析

2.1 分析是否由于電網(wǎng)供給三相電源不平衡導(dǎo)致

該企業(yè)35kV配電系統(tǒng)采用不接地運(yùn)行方式，電網(wǎng)的不對(duì)稱(chēng)度與電網(wǎng)三相對(duì)地等值電容有關(guān)，也就是取決于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，理想情況下，電網(wǎng)三相完全對(duì)稱(chēng)，不對(duì)稱(chēng)度為零。110kV及以下電網(wǎng)的三相導(dǎo)線(xiàn)通常是不換位的，三相對(duì)地電容最大相差10%，電網(wǎng)不對(duì)稱(chēng)度最大3%，一般情況下只有0.5%～1%，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員確認(rèn)，系統(tǒng)三相電壓偏差在允許范圍內(nèi)，不對(duì)稱(chēng)度為1%。

2.2 分析三相負(fù)載是否對(duì)稱(chēng)

在正常供電運(yùn)行情況下，通常不會(huì)出現(xiàn)三相不對(duì)稱(chēng)的情況，但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，三相負(fù)載不能做到完全平衡，因?yàn)楦鱾€(gè)單相負(fù)載的工作時(shí)間不同，且在使用中負(fù)載的變化率不盡相同，而在非正常情況下，三相負(fù)載的不對(duì)稱(chēng)就更加嚴(yán)重了，本工程調(diào)取監(jiān)控運(yùn)維數(shù)據(jù)后，發(fā)現(xiàn)三相負(fù)載基本平衡。

2.3 查看是否有系統(tǒng)接地、線(xiàn)路斷線(xiàn)等異常情況

由于保護(hù)裝置顯示線(xiàn)電壓正常，考慮是否有系統(tǒng)接地、線(xiàn)路斷線(xiàn)等異常情況，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)核查沒(méi)有出現(xiàn)上述問(wèn)題。

2.4 分析現(xiàn)場(chǎng)是否發(fā)生電壓互感器熔斷器熔斷問(wèn)題

當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生相對(duì)地電容改變、單相接地故障或負(fù)荷大幅度波動(dòng)的過(guò)渡過(guò)程中，電壓互感器鐵芯深度飽和激發(fā)鐵磁諧振，從而導(dǎo)致電壓互感器高壓熔斷器熔斷。在供電運(yùn)行中，電壓互感器高壓與低壓熔斷器熔斷會(huì)導(dǎo)致電壓出現(xiàn)不平衡，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員確認(rèn)，本工程曾多次出現(xiàn)電壓互感器熔斷器熔斷情況。

2.5 分析電壓互感器鐵磁諧振現(xiàn)象

鐵磁諧振導(dǎo)致的電壓不平衡有兩種情況：一種是基頻諧振，其特征與單相接地的情況相似；另一種是分頻諧振，其特征是所有的三相電壓都出現(xiàn)升高。

本工程35kV配電系統(tǒng)采用不接地運(yùn)行方式，鐵磁諧振就會(huì)對(duì)電抗產(chǎn)生影響，電路呈現(xiàn)出的電阻性能提高，出現(xiàn)一個(gè)較大的電流，這個(gè)電流雖然不會(huì)導(dǎo)致全電路出現(xiàn)電抗電壓異常現(xiàn)象，但是在電感和電容上都會(huì)出現(xiàn)電抗電壓異常，如果感抗和容抗的數(shù)值異常度大于電阻的參數(shù)，就會(huì)在電感和電容上出現(xiàn)超過(guò)外部施加的電壓，而且鐵芯磁通密度是很大的，電壓互感器線(xiàn)圈可能會(huì)因?yàn)榧ご烹娏鬟^(guò)大而損壞，同時(shí)導(dǎo)致電壓互感器熔斷器熔斷，對(duì)于35kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，鐵磁諧振很可能會(huì)導(dǎo)致中性點(diǎn)的異常移位而導(dǎo)致三相電壓不平衡，為避免發(fā)生鐵磁諧振一般裝設(shè)消諧裝置；經(jīng)運(yùn)維檢查發(fā)現(xiàn)本企業(yè)消諧裝置引起中性電壓偏移，導(dǎo)致保護(hù)頻發(fā)三相電壓不平衡告警。

3 問(wèn)題處理

本工程35kV系統(tǒng)不接地運(yùn)行方式運(yùn)行，利用一次消諧裝置來(lái)避免發(fā)生鐵磁諧振，裝設(shè)在電壓互感器中性點(diǎn)。

消諧裝置采用壓敏特性工作原理是當(dāng)電壓低于閾值時(shí)，電壓較高電流較小，電阻阻值接近于無(wú)窮大的；電壓超過(guò)閾值時(shí)，電壓變化不大，電流快速增加，電阻阻值接近于無(wú)窮小，壓敏特性主要控制因素為電壓，反映出的結(jié)果為阻值。

消諧裝置采用熱敏特性工作原理是設(shè)備正常運(yùn)行，電阻阻值很小，而當(dāng)發(fā)生故障后電流增大，溫度升高，電阻阻值快速升高，熱敏特性主要控制因素為電流，反映出的結(jié)果為阻值。由于熱敏特性，正常運(yùn)行時(shí)電阻阻值很小，不會(huì)造成中性點(diǎn)電壓發(fā)生偏移。壓敏特性和熱敏特性的伏安曲線(xiàn)圖，詳見(jiàn)圖1。

圖1 壓敏特性和熱敏特性的伏安曲線(xiàn)圖

本工程消諧裝置采用壓敏特性原理，使中性點(diǎn)呈高電阻狀態(tài)，導(dǎo)致中性點(diǎn)電壓產(chǎn)生偏移，造成三相相電壓幅值不平衡，但不會(huì)對(duì)線(xiàn)電壓幅值產(chǎn)生影響。通過(guò)分析熱敏特性和壓敏特性消諧裝置的區(qū)別，該企業(yè)用熱敏特性的消諧裝置替代壓敏特性的消諧裝置，同時(shí)將35kV普通電壓互感器更換成不飽和電壓互感器或者抗飽和電壓互感器，有效解決當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生電壓升高時(shí)，電壓互感器過(guò)飽和從而導(dǎo)致的電感下降，引起鐵磁諧振，最終引起嚴(yán)重的燒毀電壓互感器、熔斷器熔斷等事故，從而從根本上解決這個(gè)問(wèn)題。

采取上述措施后，35kV母線(xiàn)電壓值監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 35kV母線(xiàn)電壓值匯總表(熱敏特性)

4 結(jié)論

該企業(yè)35kV三相電壓不平衡的主要原因是電壓互感器消諧裝置采用壓敏特行原理導(dǎo)致中性點(diǎn)電壓出現(xiàn)偏移，將壓敏特行消諧裝置更換為熱敏特性消諧裝置，同時(shí)配合將普通電壓互感器更換成不飽和電壓互感器或者抗飽和電壓互感器，不但避免保護(hù)的頻繁報(bào)警，也能避免電壓?jiǎn)?dòng)元件誤動(dòng)作，并且降低了由于三相電壓不平衡導(dǎo)致的線(xiàn)路損耗和變壓器的損耗、減少了對(duì)用電設(shè)備不良影響，提高了供電可靠性，保證了供電質(zhì)量。