一起35 kV 母线电压不平衡故障的处置

杜卫仕，王瑞虎，胡松华

（云南电网有限责任公司保山供电局，云南 保山 678000）

1 事故经过

2022 年6 月26 日，220 kV 某变电站接到地调通知，后台频繁发生35 kV 母线保护启动报警。经现场检查确认，发现35 kV 母线保护装置报警灯亮起，保护装置也启动，I 母TV 还出现了断线的情况。在检修人员到达现场后，首先提出TV 可能存在问题的假设。随后测量TV 的二次空气开关参数，并将测量结果与测控装置进行对照比较。根据表1 的数据，可看出现场测量电压与测控装置测量电压基本一致。二次专业人员检查保护测控装置，未发现异常，因此判断该问题源于一次设备。检修人员通过开关柜观察窗观测35 kVⅠ段母线电压互感器柜内部一次设备，避雷器泄漏电流显示正常，通过气味、目测以及听取放电声未发现异常现象。后通过220 kV #1 主变低压侧数据推断是该TV 存在谐振现象。在尝试改变电压不平衡状态的过程中，运行人员决定先断开220 kV #1 主变低压侧301 断路器，等待一段时间后再合上，以期改变潜在的谐振状态。然而，此项操作后35 kVⅠ组母线电压不平衡的状态并未改变。在没有停电的情况下，排查工作只能暂告一段落，进一步调查须进行断电试验。

表1 35 kV I 段母线电压（不平衡时） V

2 事故原因分析

2.1 TV 因素分析

TV 本身存在问题，例如绕组接头松动、绕组内部短路等，导致输出信号失真，从而影响了母线电压的准确测量。

TV 与测控装置之间存在线路故障，例如接触不良、断线、短路等，导致测量数据与实际值不一致，从而影响母线电压的准确测量。

TV 二次侧空气开关存在问题，例如接触不良、断路等，导致二次侧输出信号失真，从而影响测控装置对母线电压的准确测量。

TV 参数选择不当，例如额定电压与实际运行电压不匹配，从而导致输出信号失真，影响母线电压的准确测量[1-2]。

2.2 系统电容参数影响因素分析

投入低压并联电抗器后，由于其对电网容升效应进行了补偿，会导致电网容抗变小，感抗变大，进而可能引起电压上升。

退出低压并联电抗器后，由于其对电网容升效应的补偿作用消失，电网容抗变大，电网感抗变小，可能导致电压下降。

2.3 试验分析

2022 年7 月7 日，试验检修班对220 kV 某变电站35 kVⅠ段母线TV 励磁特性进行了一次试验。试验涵盖了TV 变比、励磁特性以及绝缘试验，同时也对避雷器进行了绝缘、直流参考电压、泄露电流试验。

试验结果表明，TV 和避雷器的运行状态均未显示异常情况。但在熔断器直流电阻测试中发现C相熔断器直流电阻存在异常，数据如表2 所示。初步推测，这是由于TV 的熔断器损坏导致的电压不平衡所致。

表2 35 kV Ⅰ段母线电压互感器熔断器阻值测量结果

根据熔断器数据分析，35 kVⅠ段母线电压互感器C 相熔断器已经熔断。从不同电压下的绝缘电阻数据可以发现，该熔断器在高电压下绝缘电阻明显降低，进入高值电阻电压导通状态，因此C 相电压能够被采集。

根据表3 所示数据可以得出如下结论：在熔断器熔断之前和之后，A 相和B 相的相电压未出现明显的变化。然而，C 相TV 的熔断器损坏导致了C相电压的上升。同时，由于C 相电阻增大，相角也发生了变化。如表4 显示，C 相串联的熔断器电阻增大导致该相阻抗的变化，C 相电压从超前A 相119°的正常值变为超前A 相141°。

表3 35 kV Ⅰ段母线电压幅值 kV

表4 35 kV Ⅰ段母线电压相位 （°）

2.4 事故原因总结

本次事故的主要原因主要包括2 个方面，具体情况分析如下。

2.4.1 熔断器熔断

该熔断器发生熔断是由于发生了铁磁谐振。在中性点不接地的电力系统中，当系统处于三相对称运行状态时，TV 中存在着高值的励磁阻抗。与此同时，网络对地阻抗具有一定的电容性质，对中性点的位移产生了阻碍作用，导致中性点的位移趋于零。然而当系统遇到雷击、过电压、冲击电流、负荷变动、接地故障等因素干扰时会让TV 激发励磁涌流导致TV 三相铁芯饱和，使中性点发生位移。在TV 的铁芯达到饱和状态后，其电抗值会迅速减小，从而导致网络对地阻抗转变为感性。在这种情况下，如果容性阻抗和感性阻抗在特定频率下相互匹配，将引发谐振现象。因此35 kV I 段母线TV的C 相由于铁磁谐振引发熔断器熔断，使C 相电压测量不准确，导致保护持续动作[3-4]。

2.4.2 变压器设计不合理

如图1 绕组连接图所示，某变压器设计时低压侧有出线间隔，故参数设计不同且采用星型不接地方案，实际投运后无出线。该方案将导致低压侧绕组中的三相对地电容参数失衡，引起低压侧绕组中性点的电位漂移，导致低压侧三相对地电压不对称。所考虑的变压器为高阻抗变压器，其连接组别为YNyn0yn0d11，其结构特点是所有工作绕组均采用星形连接。为了使变压器能够获得与施加电压波形相匹配的正弦磁通，通常在变压器内部添加1 个三角形接法的稳压绕组，用于提供三次谐波电流的流通路径。该绕组通常不负载工作，并通过单根或双根套管引出（该变压器通过2 根套管接地）。在变压器正常运行时，引出套管始终可靠接地。图1、图2 显示了主变绕组的结构和分布电容，由于变压器的平衡绕组C 相的首端cs 和A 相的尾端xs 直接短接接地，导致低压绕组与平衡绕组之间的集中电容参数和低压绕组的三相对地集中电容参数失衡。电容失衡的具体表现是35 kV 低压绕组的A 相对地集中电容参数偏小，C 相对地集中电容参数偏大，而B 相对地集中电容参数位于A 相和C 相之间。当低压绕组的中性点未接地时，中性点的电位将发生漂移，导致35 kV 低压绕组的三相电压失衡。不平衡电压的显示情况是A 相电压偏高，C 相电压偏低，而B 相电压位于A 相和C 相电压之间，这与前文中35 kV 母线TV 的后台监控数据相一致。

图1 绕组连接示意图

图2 主变绕组结构和分布电容示意图

3 事故处理及预防措施

针对前文对事故原因的分析，处理及预防可从以下2 个方面进行。

3.1 预防熔断器熔断

在中性点不接地系统当中，TV 损毁有很大一部分原因是由于铁磁谐振引起的，其抑制主要靠消耗谐振能量来实现，诸如使用柔性接地装置注入最佳消谐电流、利用有源滤波器装置实现中性点电压控制[5]、调节TV 开口三角阻尼等手段进行抑制。而采用预防措施来实现铁磁谐振，现阶段可以采用以下方式：

在TV 的旁路电路中加入谐振抑制电抗器或谐振抑制电容器等装置，降低系统的谐振频率。

对于存在潜在铁磁谐振的TV，可以通过改变其励磁特性来改变谐振条件，从而避免铁磁谐振[6]。

对于已经出现了铁磁谐振的TV，可采用补偿电感或改变系统参数等方式来减小谐振现象。

预防措施的选择应根据具体情况进行综合考虑，并且须考虑到其对电网稳定性、安全性以及经济性等方面的影响。本次事故后，站方的处理办法是更换TV 相关元器件来杜绝此类事件的发生。

3.2 变压器参数调整

本次事故中，主变设计结构存在缺陷，导致三相绕组对地电容不平衡，进而引发了三相相电压的不平衡情况。但变压器的接线方式、绕组参数是在设计时确定的，对于服役中的变压器无法修改。建议后期通过新建接地电抗器等补偿设施来克服设计缺陷。在本次事故后，变电站方面选择新装35 kV并联电抗器组以改善该问题。

4 结束语

本文对一起变电站的母线电不平衡引发的事故进行详细地分析，介绍由于铁磁谐振引起的事故处理方法，指出变压器本身存在的缺陷须通过后期新装电抗器组来解决。同时运行维护人员应继续加强理论学习，不断提升业务能力，电力系统的安全运行离不开每一个电力人的努力。