廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司惠州供電局 李啟奕 駱光 蘇賢樂

1 主變保護(hù)裝置諧PT異常告警現(xiàn)象

某220kV 變電站#1 主變保護(hù)A 屏保護(hù)裝置（型號(hào)：PCS-978）報(bào)警燈亮，低壓側(cè)一分支PT 異常，保護(hù)裝置采集到低壓側(cè)一分支電壓為：A 相61.15V、B 相59.29V、C 相60.05V、零序電壓3.27V、外接零序電壓1.92V。

一是正序電壓小于30V 且任一相電流大于0.04A或開關(guān)在合位狀態(tài)。

二是負(fù)序電壓大于8V。

三是相電壓中的3 次諧波分量超過工頻分量的10%，用來檢測PT的N線是否正常。

由于裝置采集的電壓數(shù)據(jù)顯示各項(xiàng)電壓幅值正常，實(shí)際情況明顯不滿足判據(jù)第一點(diǎn)、第二點(diǎn)，所以現(xiàn)場檢查重點(diǎn)轉(zhuǎn)為該電壓是否滿足判據(jù)第三點(diǎn)，即電壓是否含有較大的諧波分量，根據(jù)錄波裝置采集的電壓量，該電壓確實(shí)有較大的諧波分量。

2 諧波告警原因分析

2.1 諧波的產(chǎn)生及危害

電力系統(tǒng)中諧波產(chǎn)生的根本原因是非線性負(fù)載。即當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時(shí)，其與所加的電壓不呈線性關(guān)系，因此形成非正弦電流，即電路中有諧波產(chǎn)生[1]。

根據(jù)法國數(shù)學(xué)家傅立葉分析原理證明，諧波頻率是基波頻率的整倍數(shù)，任何重復(fù)的波形都為含有基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量諧波是正弦波，每個(gè)諧波都具有不同的頻率、幅度與相角，諧波可以區(qū)分為偶次與奇次性。對(duì)周期性非正弦電量進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波[2]。

由于電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭中的應(yīng)用日益廣泛，諧波所造成的危害也日趨嚴(yán)重。諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備效率；諧波影響各種電氣設(shè)備正常工作，對(duì)電機(jī)造成附加損耗外，還會(huì)產(chǎn)生機(jī)械震動(dòng)、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴(yán)重過熱，還使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以致?lián)p壞；諧波會(huì)引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大；諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，并會(huì)使電氣測量儀表計(jì)量不準(zhǔn)確；對(duì)鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，重者導(dǎo)致信號(hào)丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。

變電站內(nèi)諧波污染問題的存在直接影響電力設(shè)備的正常工作，因此加強(qiáng)對(duì)變電站內(nèi)諧波防治的研究尤為重要。

2.2 諧波告警原因分析

主變保護(hù)裝置出現(xiàn)PT異常告警，根據(jù)實(shí)測的數(shù)據(jù)初步分析是PT回路存在相應(yīng)的諧波分量并超過裝置的判斷閾值。電壓諧波數(shù)據(jù)I 如圖1所示。由圖1可知，電壓波形畸變嚴(yán)重，含有較大諧波，數(shù)據(jù)顯示3次諧波分量約為11.55%。

圖1 電壓諧波數(shù)據(jù)I

變電站的母線PT是用來測量母線電壓的一種測量設(shè)備，通常二次側(cè)具有多組二次輸出繞組，分別帶有各種二次設(shè)備的負(fù)載，保護(hù)裝置、測控裝置、計(jì)量裝置等二次設(shè)備并接于相應(yīng)的二次繞組。此次PT出現(xiàn)諧波異常告警現(xiàn)場排查方向是分別從一次側(cè)二次側(cè)著手，由于10kV 系統(tǒng)一次側(cè)電壓沒有發(fā)生畸變，220kV、110kV 系統(tǒng)電壓波形均正常，而10kV系統(tǒng)接近空載，所帶一次設(shè)備元件少，負(fù)荷很小，所以10kV系統(tǒng)一次側(cè)電壓畸變的可能性不大，而10kV PT 二次電壓發(fā)生畸變，因此首要是從PT的二次負(fù)載出發(fā)。

由測量的數(shù)據(jù)可知，該變電站諧波異常告警是近期才出現(xiàn)的現(xiàn)象，應(yīng)優(yōu)先考慮近期變電站的二次設(shè)備有無變更情況，經(jīng)查詢變電站的工作記錄，發(fā)現(xiàn)該變電站近期有進(jìn)行電能表批量更換的記錄，且更換的時(shí)間節(jié)點(diǎn)正好是主變保護(hù)出現(xiàn)PT異常告警的時(shí)間點(diǎn)，因此工作人員排查的重點(diǎn)是電能表。工作人員現(xiàn)場排查分析的思路是通過排除法判別是否由該設(shè)備引起或產(chǎn)生異常警報(bào)，逐個(gè)拆除10kV 電能表確定是否為電能表引起異常警報(bào)。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)每拆除一個(gè)電能表，諧波分量就相應(yīng)地減少，拆除4 個(gè)電能表后，3 次諧波分量為10.4%，拆除8個(gè)電能表后，3次諧波分量為9.5%。

電壓諧波數(shù)據(jù)II如圖2所示。由圖2可知，引起10kV PT 二次電壓諧波異常原因之一是電能表，且累加效果呈線性。該型號(hào)的電能表在二次電壓回路產(chǎn)生3 次諧波電壓干擾，且諧波強(qiáng)度與所帶電能表數(shù)量成正比，當(dāng)3 次諧波電壓分量達(dá)到10%，就被帶有諧波檢測的主變低壓側(cè)保護(hù)裝置感應(yīng)到，觸發(fā)PT異常告警，影響保護(hù)正確動(dòng)作。

圖2 電壓諧波數(shù)據(jù)II

3 電能表引起的諧波原因及解決方案

3.1 電能表引起的諧波原因

為進(jìn)一步分析電能表引起諧波的原因，現(xiàn)場通過三相電能表現(xiàn)場校驗(yàn)儀檢測每只電能表對(duì)諧波的影響，經(jīng)測試每只該型號(hào)電能表對(duì)3 次諧波會(huì)有約0.2%～0.4%的波動(dòng)，其他廠家的電能表影響在0.15%左右，個(gè)別電能表基本無影響。

現(xiàn)場測試是通過斷開電能表的電壓來測試電能表對(duì)電壓回路的影響，平均每只電能表對(duì)3 次諧波影響值為0.23。現(xiàn)場同時(shí)還進(jìn)行了另外一組PT的測試，在另外一組PT二次負(fù)載下，平均每只電能表對(duì)3 次諧波影響值為0.45，在接不同PT 的情況下，每只電能表對(duì)諧波產(chǎn)生了不同的影響。

電壓回路的3次諧波下降測試情況如表1所示。

表1 3次諧波下降測試情況

斷開電能表諧波測量情況如圖3所示?，F(xiàn)場變電站異常支路PT 共接入26 只該型號(hào)規(guī)格三相多功能電能表，為進(jìn)一步判斷電能表是否為諧波源，工作人員在試驗(yàn)室校驗(yàn)臺(tái)體掛表24塊進(jìn)行測試，與現(xiàn)場電能表同型號(hào)同規(guī)格，電壓諧波分量實(shí)測為0.06%，與現(xiàn)場實(shí)測11.55%諧波不符，相差巨大。

圖3 斷開電能表諧波測量情況

經(jīng)過現(xiàn)場測試，在相同條件下（同一廠家，同一型號(hào)規(guī)格、同一批次電能表），每個(gè)電能表在不同PT 負(fù)載下對(duì)諧波產(chǎn)生了不同的影響，諧波分量平均值相差約一倍，可排除電能表本身是諧波源。

PT為感性元件，當(dāng)負(fù)載為非線性負(fù)載且回路當(dāng)中含有一定的諧波分量時(shí)，兩者會(huì)產(chǎn)生性能疊加。變電站電能表為經(jīng)母線電壓PT接入的接線方式，該型號(hào)的電能表采用了線性電源，即內(nèi)部采用變壓器實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，變壓器初級(jí)線圈如同一電感，即26臺(tái)電能表作為感性負(fù)載接入PT，產(chǎn)生一定的疊加效果。

當(dāng)電表累積到一定數(shù)量，其影響較大，加上基礎(chǔ)諧波含量，有可能超出10%閾值而造成報(bào)警。采用開關(guān)電源方案的其他型號(hào)電能表在電源接入電路較線性電源多了X2 電容，而X2 電容對(duì)諧波有一定的抑制作用，所以影響較小。

三相多功能電能表技術(shù)規(guī)范等現(xiàn)行的規(guī)范制度中，針對(duì)電能表諧波方面的指標(biāo)沒有明確的規(guī)定，根據(jù)國標(biāo)檢定規(guī)程該型號(hào)批次電能表經(jīng)現(xiàn)場檢驗(yàn)為合格。在此情況下，無法定義該型號(hào)批次電能表為不合格設(shè)備或是質(zhì)量問題而進(jìn)一步對(duì)該批次電能表進(jìn)行處理，對(duì)于電能表諧波引起的變電站保護(hù)裝置告警問題需進(jìn)一步研究解決方案。

3.2 解決方案

3.2.1 方案一

對(duì)于此問題，建議在電能表進(jìn)線側(cè)的電壓線路上，并接RC 濾波以減小線路上的諧波分量，并接RC濾波電路原理如圖4所示。

圖4 并接RC濾波電路原理

目前，已經(jīng)通過濾波器驗(yàn)證，確定對(duì)目前的諧波情況有所改善，同時(shí)不會(huì)對(duì)電能表的計(jì)量性能及整體供電線路產(chǎn)生負(fù)面影響。

3.2.2 方案二

在PT開口三角電壓二次回路上進(jìn)行并接鎢絲燈泡（額定功率95W）進(jìn)行消諧處理，電壓3 次諧波占比明顯下降，主變保護(hù)PT異常告警信號(hào)復(fù)歸。

3.2.3 方案三

由于PT為感性元件，當(dāng)負(fù)載為非線性負(fù)載且回路當(dāng)中含有一定的諧波分量時(shí)，兩者會(huì)產(chǎn)生性能疊加，電能表非諧波源但對(duì)諧波有一定的放大影響，因此減少在同一個(gè)PT二次負(fù)載下的電能表數(shù)量也可減少諧波分量。

4 結(jié)語

變電站二次回路點(diǎn)多面廣，所涉及的二次設(shè)備繁多，變電站主變保護(hù)裝置出現(xiàn)PT 異常告警，排查過程非常煩瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。此次經(jīng)過一系列的分析排查，判斷由某型號(hào)電能表使用的線性電源引起的相電壓中3 次諧波分量超過工頻分量的10%報(bào)警，從繼電保護(hù)、電路理論等基本原理出發(fā)，分析形成了該問題的原因，經(jīng)過現(xiàn)場測試試驗(yàn)并提出解決方案，以期給后續(xù)同類問題的處理提供參考。