变电站35kV 系统电压不平衡的研究与治理

刘彦生 张 明 王勇焕 丁 毅

（1.河南油田水电厂，河南 南阳 473132；2.河南油田油建工程建设公司，河南 南阳 473132）

河南油田五里岗变电站为110kV降压变电站，主变为为110/35/6kV三圈变压器。近年来，该站在35kV系统运行方式调整时曾多次出现过电压不平衡现象。如：2010年7月31日16：30，35kV双井线退出运行时，中央信号盘报35kV系统单相接地信号，同时三相电压严重不平衡，A、B、C三相电压分别为：20kV、26kV、20kV，三相电压不平衡度达到27.3%，B相运行电压超过额定电压的30%。

1 中性点不对称电压

对于中性点绝缘电网，特别是中压电网，当线路未换位或换位不好时，电网的三相对地电容互不相等。因此，中性点对地必然存在一定数值的对地电位差，即所谓的“不对称电压”。当消弧线圈投入运行后，电网的三相对地电容与消弧线圈的电感便会构成串联谐振回路。如果消弧线圈恰好在谐振点附近运行，此时便会出现电压谐振现象，使电网的中性点发生显著的位移，严重破坏三相电压的对称平衡。长期运行危及设备绝缘，酿成设备损坏事故或引起电网单相接地及短路跳闸故障。DL/T 620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定：中压电网的最高允许不平衡电压不得超过额定电压的15%。

1.1 不对称电压

中性点经消弧线圈接地电网，在消弧线圈投入运行前或退出运行后，电网中性点处于不接地状态下运行，中性点对地的不对称电压为

式中，u00为网络的不对称度，架空线路电网的不对称度通常为0.5%～1.5%；d为网络的阻尼率，一般为1.5%～2.0%；Uφ为相电压。

1.2 位移电压（U0）

当消弧线圈投入运行后，补偿电网在正常运行情况下，消弧线圈的电感与电网的三相对地电容构成电压谐振回路。由于电网中性点有不对称电压U00的存在，回路中就有零序电流I0流过，于是在消弧线圈的两端产生了电位差，该电位差即为通常所称的中性点位移电压U0。

式中，υ为脱谐度。

2 变电站35kV系统电压不平衡分析

2.1 35kV系统运行方式

五里岗变电站35kV系统为中性点经消弧线圈接地方式，消弧线圈为预调试，型号为XDZJ1-500/35，调节档位数为14档，补偿电流为10～25A，每档级差为1.1A、1.2A。

五里岗变电站35kV系统包括以下两种运行方式：

方式1：五双线－双井线－井楼开关站，井古线、五下线、里王线线路充电，五安线、五雷线运行。

方式2：五双线－双井线，五下线、里王线线路充电，五安线、五雷线运行。

2.2 电压不平衡原因分析

方式1：电网不对称电压U00=0.133kV，消弧线圈在3档运行，补偿电流IL=12.3A，系统电容电流IC=19.08A，失谐度υ=(IC-IL)/IC=(19.08-12.3)/19.08=35.5%，阻尼率d取1.5%，则中性点位移电压为

现场实测到的中性点位移电压为 0.344kV，考虑到系统电容电流的测量误差，理论计算值基本与现场实际值吻合；消弧线圈投入运行后电网不对称电压被放大2.86倍。

方式2：电网不对称电压U00=0.228kV，消弧线圈在3档运行，补偿电流IL=12.3A（3档），系统电容电流IC=11.7A，则失谐度υ=（IC-IL）/ IC=（11.75-12.3）/11.7=-5.13%。阻尼率d取1.5%，则中性点位移电压为

现场实测到的中性点位移电压 4.88kV、为24%Uφ，理论计算值与现场测试值差别的原因为系统电容电流测量误差所致；消弧线圈投入运行后电网不对称电压被放大了20.4倍。

通过上述理论计算可知，该站在运行方式2下中性点位移电压较大，造成三相电压严重不平衡的根本原因为：①电网不对称电压较大，U00=0.228kV；②消弧线圈中性点无限压措施。

“预调式”消弧线圈在电网单相接地故障发生前，即调整消弧线圈接近谐振点运行，失谐度υ=-5%～-10%，易使中性点位移电压被放大后不满足要求。该站中性点位移电压被放大20.4倍，为额定相电压的24%，远大于规程规定的不超过15%额定相电压。

3 治理措施

3.1 合理调整消弧线圈档位

按照失谐度 υ=-5%～-10%、补偿后的残流Iδ≤5A的标准合理调整消弧线圈档位。在方式1下运行时，消弧线圈调为 10档，补偿电流为 20.4A，Iδ=1.32A。υ=-6.9%；在方式2下运行时，消弧线圈调为3档，补偿电流为12.3A，Iδ=0.6A，υ=-5.1%。

3.2 消弧线圈中性点串联限压电阻

根据该站不同运行方式下电网最大不对称电压及消弧线圈补偿电流最小档位的感抗，由公式d计算出限压电阻R=152Ω，取150Ω。

限压电阻采用真空接触器和晶闸管双短接措施，如图1所示。

图1 预调式消弧线圈限压电阻接线图

电网正常运行时，消弧线圈通过限压电阻接地，抑制电网中性点位移电压的升高；电网发生单相接地时，真空接触器和晶闸管动作接点闭合，将限压电阻短接，避免通过较大的接地电流使限压电阻烧毁。

4 结论

2011年4月，在该站35kV系统消弧线圈中性点安装阻尼电阻箱及自动调谐控制器一套。装置投运后，35kV系统在不同运行方式下，系统三相电压差别不大，未再出现电压严重不平衡及系统虚报单相接地现象。如在方式2下运行，A、B、C三相电压分别为：21.5kV、22kV、20.8kV，三相电压不平衡度为5.6%，B相最高不平衡电压超过额定电压的8.9%，小于规程规定的15%。