1 000 MW机组高厂变低压侧相电压异常原因分析

符 刚，闫 虹

(神华国华绥中发电有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125222)

1 000 MW机组高厂变低压侧相电压异常原因分析

符 刚，闫 虹

(神华国华绥中发电有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125222)

分析了某电厂1 000 MW机组主变冲击试验过程中，高厂变低压侧相电压出现异常的原因，并提出解决方法，实施后问题得到解决。

冲击试验;中性点位移;消谐装置;分析;措施

1 接线方式

某电厂1 000 MW机组电气接线方式为发电机经出口断路器接至主变低压侧、2台高厂变高压侧，发电机出口电压为27 kV、主变高压侧电压为500 kV，主变出口经厂内500 kV变电所以3/2接线方式接至电网。2台高厂变低压侧分支为6 kV电压等级，中性点不接地，6 kV母线经接地变接地。

在主变冲击试验过程中高厂变低压侧相电压出现异常，主变、1号高厂变、2号高厂变通过500 kV开关送电至发电机出口刀闸及高厂变低压侧，共进行4次冲击试验。

第1次充电试验，合500 kV开关对主变及1号高厂变、2号高厂变进行充电，检查发现1号高厂变低压侧B分支、2号高厂变低压侧B分支相电压异常，线电压正常，1号高厂变低压侧A分支、2号高厂变低压侧A分支相电压、线电压均正常。10 min后，断开500 kV开关，主变、1号高厂变、2号高厂变停电，投入主变、1号高厂变、2号高厂变风冷系统。

10 min后进行第2次充电试验，充电10 min。检查发现1号高厂变低压侧B分支、2号高厂变低压侧B分支相电压异常，线电压正常，1号高厂变低压侧A分支、2号高厂变低压侧A分支相电压、线电压均正常。

10 min后进行第3次充电试验，充电10 min。检查发现1号高厂变低压侧B分支、2号高厂变低压侧B分支相电压异常，线电压正常，1号高厂变低压侧A分支、2号高厂变低压侧A分支相电压、线电压均正常。现场记录数据如表1所示。

第4次充电试验时，1号高厂变低压侧B分支带6 kV母线、母线接地变压器、母线电压互感器(TV)进行充电试验，其它分支空载。检查发现1号高厂变低压侧B分支相电压、线电压均正常;2号高厂变低压侧B分支相电压异常，线电压正常;1号高厂变低压侧A分支、2号高厂变低压侧A分支相电压、线电压均正常。现场数据如表2所示。

表1 2号高厂变低压侧B分支TV电压

2 理论分析

该厂高厂变低压进线系统设计为中性点不接地系统，当带母线运行时变为中性点接地 (通过接地变压器接地)系统。中性点不接地系统正常运行时，电压互感器的励磁阻抗足够大，系统对地阻抗是容性，三相基本平衡，系统中性点的位移电压很小。在主变做冲电试验时，6 kV工作进线电压互感器将受到冲击，某一相或二相绕组内出现巨大的暂态涌流，使电压互感器饱和。根据电压互感器三相电感饱和程度的不同，将发生二相电压升高，一相电压降低，出现较高的位移电压。此时，中性点有较高的位移电压 (中性点的位移现象)。中性点的位移现象使两相对地电压升高，一相对地电压降低，与系统内出现单相接地相仿，但并不是单相接地，可称为虚幻接地现象。中性点的位移电压愈高，相对地最高电压愈大，而线电压是不变的，所以4次充电试验线电压均正常。当第4次1号高厂变低压侧B分支带母线充电时，电源中性点通过6 kV母线接地变压器接地，一次电压互感器绕组分别与各项电源电势连接，系统内各点电位被固定，不会出现中性点位移过电压。

铁心的磁饱和会引起电流、电压波形畸变，产生谐波，可能产生谐波谐振过电压，当线路很长、电容很大或电压互感器励磁电感很大，导致回路自振频率很低，有可能发生分次谐波谐振过电压。反之线路很短，电容很小或互感器的励磁电感很小(电网中有多台互感器)时，其自振频率很高，有可能产生高次谐波谐振过电压，两者的表现形式都是三相对地电压同时升高，但长线路分次谐波谐振过电压具有忽高忽低低频振荡的特点。基波和高次谐波谐振过电压一般很少超过感抗电压降的3倍，因此，除非存在弱绝缘设备，一般是不危险的，但励磁电流会增加几十倍，引起高压熔断器熔断，严重的会造成进线TV过热烧损。谐振过电压与系统结构、容量、参数、运行方式及各种安全自动装置的特性有关。谐振过电压除增大绝缘承受电压外，还对选择过电压保护装置有重要影响。谐振过电压包括线性谐振过电压和非线性 (铁磁)谐振过电压，一般在操作过程中或系统元件故障引起电压发生波动使网络中电抗接近容抗时，便产生谐振过电压。因此，应采取措施，避免产生谐振过电压的条件，也可用保护装置限制其幅值和持续时间。

3 解决措施

a. 选用励磁特性饱和点较高的电磁式电压互感器。

b. 减少同一系统电压互感器中性点接地数量，除电源侧电压互感器高压绕组中性点接地外，其它电压互感器中性点尽可能不接地。

c. 在互感器开口三角形绕组装设ΔR≤0.4×(Xm/)的电阻 (K13为互感器一次绕组与开口三角形绕组的变比;Xm为电压互感器在线电压作用下单相绕组的励磁电抗)或微机消谐装置。

d. 10 V及以下电压互感器一次高压绕组中性点经一次消谐器接地。

e. 现场进线TV柜的改造，将二次侧单绕组TV更换为双绕组TV，二次绕组在柜内形成一个星接、一个三角开口绕组，装设专门消除此类铁磁谐振的简易消谐器或微机消谐装置。

微机消谐工作原理:实时监测并显示TV开口三角17 Hz、25 Hz、50 Hz、150 Hz频率电压分量。对TV开口三角电压 (零序电压)进行循环检测。在正常工作情况下，该电压在30 V以下，装置内的大功率消谐元件处于阻断状态，对系统无任何影响。当TV开口三角电压大于30 V时，说明系统出现故障，装置对电压互感器开口三角电压进行数据采集、分析，并判断出当前的故障状态。如果是某种频率的铁磁谐振，迅速启动消谐元件予以消除;如果是过电压或接地，装置给出相应的报警信号。

表2 2号高厂变低压侧B分支TV电压

f. 电压互感器一次高压绕组中性点经一次消谐器接地。现场串接安装于TV柜内一次互感器中性点，如图1所示。

图1 一次消谐器安装位置

一次消谐器的作用:消除或阻尼TV非线性励磁特性而引起的铁磁谐振过电压，该谐振过电压将导致系统相电压不稳定;有效抑制间隙性弧光接地时流过TV绕组的过电流，防止TV烧毁;限制系统单相接地消失时在TV一次绕组回路中产生涌流，该涌流会损坏TV或使TV熔丝熔断;当系统发生单相接地后可较长时间保护TV免受损坏。

4 进线TV中性点加装消谐器存在的问题

在三相交流电力系统中，发电机和变压器中性点有3种运行方式:电源中性点不接地、电源中性点经消弧线圈接地、电源中性点直接接地。前两种合称为中性点非有效接地或小电流接地系统，后一种称为中性点有效接地或大电流接地。电源中性点不接地系统大多采用电源中性点不接地运行方式。电源中性点不接地系统发生单相接地时，如C相单相接地，那么完好的A、B两相对地电压由原来的相电压升高到线电压，即升高为原对地电压的倍，C相接地电容电流为正常运行时每相对地电容电流的3倍。当发生一相接地时，三相用电设备的正常工作未受影响，因为线路的线电压无论相位和量值均未发生变化，因此，三相用电设备仍然照常运行，电力部门只允许运行2 h，因为一旦另一相又发生接地故障时，就形成两相接地短路，将产生很大的短路电流，可能损坏线路设备。在中性点不接地系统中，有一种情况比较危险，即一相接地时，如果接地电流较大，将出现断续电弧，可使线路发生电压谐振，在线路形成一个R—L—C的串联谐振电路，使线路上出现危险的过电压 (可达相电压的2.5～3倍)，导致线路绝缘薄弱处击穿。

进线电压互感器柜TV二次侧加装二次消谐器，该方法是在电压互感器二次开口处接入阻尼线性电阻 (微机消谐装置)。微机消谐装置工作原理:对TV开口三角电压 (即零序电压)进行循环检测，正常工作情况下，该电压小于30 V，装置内的大功率消谐元件 (可控硅)处于阻断状态，对系统无影响;当TV开口三角电压大于30 V时，说明系统发生故障，装置开始对开口三角电压进行数据采集，通过数字测量、滤波、放大等数字信号处理技术，对数据进行分析、计算，判断出当前的故障状态。如果出现某种频率的铁磁谐振，CPU立即启动消谐电路 (使可控硅导通)，让铁磁谐振在强大的阻尼下迅速消失。利用微机消谐器可实现自动跟踪和自动调谐，并能追忆、报警、自动打印和信号传送，电压互感器一次侧无需再配一次微机消谐装置。目前有些电压互感器本身已带防铁磁谐振线圈，还有些电压互感器为电容式电压互感器，因此，不需要加消谐器。

进线TV柜加装一次消谐器是指安装在6 kV电磁式电压互感器一次绕组星形接线中性点与地之间的非线性电阻器，起阻尼与限流作用。电网中性点不接地系统中，母线Yo接线的电磁式电压互感器一次绕组中性点成为该中性点不接地电网对地的唯一金属通道，电网相对地电容的充、放电通过电压互感器一次绕组。这种慢变过程使电压互感器铁心深度饱和，当电网接地消失时，电压互感器一次绕组慢变过程将出现数A幅值的涌流，将电压互感器0.5 A高压熔丝熔断。即使这种涌流尚未达到熔断器的熔断值，但仍超过电压互感器额定电流，长时间处于过电流状态下运行的电压互感器将被烧毁，继而引发其他事故，选用一次消谐器，就不会发生这种现象。当单相接地电容电流小于一定值时，不会在电压互感器一次绕组中出现较大的涌流，对电压互感器和高压熔丝无任何影响，可以不装消谐器。

5 结束语

由开关柜厂家人员现场进行TV柜改造，将二次侧单绕组TV拆除更换为双绕组TV，二次绕组在柜内形成一个星接、一个三角开口绕组，并装设专门消谐装置。TV柜改造完成后，2009年11月28日对3号主变、31号高厂变、32号高厂变进行充电试验，6 kV 3A1、3A2、3B1、3B2段工作电源进线相电压、线电压均正常，随后6 kV厂用快切试验也顺利完成，3号机主变冲击试验引起的6 kV工作电源进线相电压异常问题得到圆满解决。

［1］ 张 浩.中性点不接地系统铁磁谐振过电压的机理分析及防止［J］.湖州师范学院学报，2006，28(ZL):124-129.

Analysis and Solutions to Abnormal Phase Voltage on Auxiliary Transformer for 1 000 MW Unit

FU Gang，YAN Hong
(Shenhua Guohua Suizhong Power Co.，Ltd，Huludao，Liaoning 125222，China)

The phase voltage is abnormal on a branch of auxiliary transformer，during the impulse test of 1 000 MW unit main transformer.Through theoretical analysis，it proposes solutions，and the problem is solved after actual implementation.

Impulse test;Neutral point displacement，Harmonic elimination device;Measures

TM41;TM621

A

1004-7913(2012)01-0035-04

符 刚 (1971—)，男，学士，工程师，从事电气专业管理工作。

2011-10-15)