35kV配电系统三相电压不平衡原因及处理对策分析

李 惠，刘瑞达

(1.内蒙古华蒙电力勘察设计院有限公司；2.内蒙古电力勘测设计院有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010020)

三相电压不平衡是指三相电压的幅值或者相角不一致，且偏差超过国标要求的范围。三相电压不平衡在电网中经常存在，如果超过国标要求值，会对电能质量、设备运行和电网安全产生很大的影响和危害。三相电压不平衡时就会对应产生负序电流和零序电流，对电力线路造成严重的损耗和很大的压降，并且干扰通信系统，造成旋转电机以及变压器的发热、振动、损耗，影响用电设备的使用寿命。

1 某企业三相电压不平衡案例

某企业35kV保护装置频繁报“35kV电网三相电压不平衡故障”，装置显示线电压正常，相电压不平衡，且不对称度超过10%，其他等级电压运行正常未报警，且电压互感器熔断器经常性熔断，成为困扰企业电网安全稳定运行的一大难题，所以必须对此情况进行检查、分析，找到原因并进行解决才能保证正常的供电需求。 35kV母线电压值监控数据，见表1。

表1 35kV母线电压值汇总表(压敏特性)

2 问题分析

2.1 分析是否由于电网供给三相电源不平衡导致

该企业35kV配电系统采用不接地运行方式，电网的不对称度与电网三相对地等值电容有关，也就是取决于电网结构，理想情况下，电网三相完全对称，不对称度为零。110kV及以下电网的三相导线通常是不换位的，三相对地电容最大相差10%，电网不对称度最大3%，一般情况下只有0.5%～1%，经现场运维人员确认，系统三相电压偏差在允许范围内，不对称度为1%。

2.2 分析三相负载是否对称

在正常供电运行情况下，通常不会出现三相不对称的情况，但在实际运行过程中，三相负载不能做到完全平衡，因为各个单相负载的工作时间不同，且在使用中负载的变化率不尽相同，而在非正常情况下，三相负载的不对称就更加严重了，本工程调取监控运维数据后，发现三相负载基本平衡。

2.3 查看是否有系统接地、线路断线等异常情况

由于保护装置显示线电压正常，考虑是否有系统接地、线路断线等异常情况，经现场核查没有出现上述问题。

2.4 分析现场是否发生电压互感器熔断器熔断问题

当电力系统发生相对地电容改变、单相接地故障或负荷大幅度波动的过渡过程中，电压互感器铁芯深度饱和激发铁磁谐振，从而导致电压互感器高压熔断器熔断。在供电运行中，电压互感器高压与低压熔断器熔断会导致电压出现不平衡，经现场运维人员确认，本工程曾多次出现电压互感器熔断器熔断情况。

2.5 分析电压互感器铁磁谐振现象

铁磁谐振导致的电压不平衡有两种情况：一种是基频谐振，其特征与单相接地的情况相似；另一种是分频谐振，其特征是所有的三相电压都出现升高。

本工程35kV配电系统采用不接地运行方式，铁磁谐振就会对电抗产生影响，电路呈现出的电阻性能提高，出现一个较大的电流，这个电流虽然不会导致全电路出现电抗电压异常现象，但是在电感和电容上都会出现电抗电压异常，如果感抗和容抗的数值异常度大于电阻的参数，就会在电感和电容上出现超过外部施加的电压，而且铁芯磁通密度是很大的，电压互感器线圈可能会因为激磁电流过大而损坏，同时导致电压互感器熔断器熔断，对于35kV中性点不接地系统，铁磁谐振很可能会导致中性点的异常移位而导致三相电压不平衡，为避免发生铁磁谐振一般装设消谐装置；经运维检查发现本企业消谐装置引起中性电压偏移，导致保护频发三相电压不平衡告警。

3 问题处理

本工程35kV系统不接地运行方式运行，利用一次消谐装置来避免发生铁磁谐振，装设在电压互感器中性点。

消谐装置采用压敏特性工作原理是当电压低于阈值时，电压较高电流较小，电阻阻值接近于无穷大的；电压超过阈值时，电压变化不大，电流快速增加，电阻阻值接近于无穷小，压敏特性主要控制因素为电压，反映出的结果为阻值。

消谐装置采用热敏特性工作原理是设备正常运行，电阻阻值很小，而当发生故障后电流增大，温度升高，电阻阻值快速升高，热敏特性主要控制因素为电流，反映出的结果为阻值。由于热敏特性，正常运行时电阻阻值很小，不会造成中性点电压发生偏移。压敏特性和热敏特性的伏安曲线图，详见图1。

图1 压敏特性和热敏特性的伏安曲线图

本工程消谐装置采用压敏特性原理，使中性点呈高电阻状态，导致中性点电压产生偏移，造成三相相电压幅值不平衡，但不会对线电压幅值产生影响。通过分析热敏特性和压敏特性消谐装置的区别，该企业用热敏特性的消谐装置替代压敏特性的消谐装置，同时将35kV普通电压互感器更换成不饱和电压互感器或者抗饱和电压互感器，有效解决当系统发生电压升高时，电压互感器过饱和从而导致的电感下降，引起铁磁谐振，最终引起严重的烧毁电压互感器、熔断器熔断等事故，从而从根本上解决这个问题。

采取上述措施后，35kV母线电压值监控数据见表2。

表2 35kV母线电压值汇总表(热敏特性)

4 结论

该企业35kV三相电压不平衡的主要原因是电压互感器消谐装置采用压敏特行原理导致中性点电压出现偏移，将压敏特行消谐装置更换为热敏特性消谐装置，同时配合将普通电压互感器更换成不饱和电压互感器或者抗饱和电压互感器，不但避免保护的频繁报警，也能避免电压启动元件误动作，并且降低了由于三相电压不平衡导致的线路损耗和变压器的损耗、减少了对用电设备不良影响，提高了供电可靠性，保证了供电质量。