6kV厂用段三相电压不平衡原因分析

唐俊清

摘 要：本文针对克拉玛依电厂6kV厂用段三相电压不平衡现象，分析了可能造成6kV厂用段三相电压不平衡的原因，并提出了相应的解决措施。

关键词 ：电压互感器 ;电压;中性点消谐器;不平衡

1 异常现象

近期，运行人员在ECS上监盘时发现6kV厂用段三相相电压及线电压均不平衡：三相相电压分别为UA： 3.77kV、UB：3.73kV、UC：3.41kV，三相线电压分别为：UAB： 6.54kV、UBC：6.46kV、 UCA：5.9kV，三相电压不平衡值达到10%，不平衡现象较明显。

2 6kV厂用段三相电压不平衡的原因分析

2.1 6kV厂用段电压互感器基本运行情况

6kV厂用段配置有3只单相电压互感器（简称PT），型号为JDZJ-6型，接线组别为Y0/Y/Δ，额定电压为6000/ /100//100/3，准确等级分3级：0.5，1，3级。为抑制电压互感器铁磁谐振，在3只单相PT一次绕组 Y0接线中性点与地之间加装一组消谐器，中性点消谐器的型号为LXQII-10（6）型。

2.2 6kV厂用段三相电压不平衡原因查找

2.2.1 6kV厂用段PT测控装置误差

6kV厂用段PT配置了四方公司CSC299数字式PT测控装置，其主要功能是将6kV厂用段PT电压等测控信号上传至ECS，因此，为判断是否由于PT测控装置误差造成的三相电压不平衡，我们首先用万用表测量了由6kV厂用段PT二次回路引入测控装置的三相相电压，发现和ECS上显示的电压一致，因此排除了6kV厂用段PT测控装置误差造成的三相电压不平衡。

2.2.2 电压互感器一次侧熔断器或一次绕组直流电阻不平衡的影响

如电压互感器一次侧熔断器或一次绕组直流电阻不平衡，也会造成二次侧三相电压不平衡，因此技术人员对电压互感器一次侧熔断器及一次绕组直流电阻进行了测量，测电压互感器一次侧熔断器三相均为90欧左右，一次绕组直流电阻值AX：734.7欧、BX：730.8欧、CX：737.2欧，电阻差值也在合格范围内。

2.2.3 电压互感器一次侧安装消谐器的影响

为判断是否是电压互感器一次侧安装消谐器造成的三相电压不平衡，技术人员拆除6kV厂用段PT一次侧中性点与地之间的消谐器，将PT一次侧中性点直接接地后试送电，6kV厂用段三相电压和开口三角电压值均恢复正常。由此可以判断是电压互感器一次侧装设消谐器造成的电压异常。

2.3装设消谐器后三相电压不平衡原因分析

2.3.1  消谐器原理简介

在6-35kV中性点不接地系统中，母线上Y0接线的PT一次绕组是中性点不接地电网对地的唯一金属通道。当电网发生单相接地故障时，电网相对地电容的充、放电，必然通过PT一次绕组，使其铁芯深度饱和，因此在电网单相接地故障消失时，会在PT一次绕组中出现数安培的涌流，可能将PT高压熔丝熔断。

2.3.2 电磁式PT的励磁电流特性

电磁式PT是由带有铁心的绕组构成。由于铁芯的非线性及磁滞效应等，励磁电流与它所产生的主磁通呈非线性关系，当一次绕组接入电压所产生的磁通超过饱和点时，绕组中励磁电流呈尖顶波状，若将尖顶波进行分解， 除基波分量外， 包含有各奇次谐波， 其中3次谐波幅值最大。

2.3.3 安装消谐器后对PT二次侧三相电压的影响

因消谐器装在电压互感器一次绕组Y0接线中性点与地之间，如下图2所示。当Y0接线的PT接入三相对称电压UA、UB、UC 时，设流过三相PT一次绕组Y0接线的励磁电流为IAm、IBm、ICm，其中基波励磁电流为：I1Am、I1Bm、I1Cm，三次谐波励磁电流为：I3Am、I3Bm、I3Cm，流过中性点电流为I0，其中基波电流为I10，三次谐波电流为I30。如將通过PT一次绕组的励磁电流分解成基波和三次谐波电流，则流过中性点的电流I0为基波电流I10和三次谐波电流I30之和。理论上，若三只单相PT的伏安特性相同，则三相励磁基波电流的模相同，相位相差120度，这时流过中性点的基波电流I10=I1Am∠0+I1Bm∠120+I1Cm ∠-120= 0，而三相励磁三次谐波电流则受一次绕组电压所产生的磁通是否饱和的影响，当磁通未饱和时，三次谐波电流I30=0，当磁通饱和时，因三次谐波电流相位相同，流过中性点的三次谐波电流I30=I3Am+I3Bm+I3Cm =3I3m∠0。

实际上，因三只单相PT的伏安特性不可能完全相同，所以流过中性点的基波电流I10不为0，有一定的数值，这时就会在消谐器上流过基波电流I10和三次谐波电流I30的叠加电流I0，当叠加电流I0流过消谐器时，因消谐器有一定的电阻值，则会在消谐器两端产生一定的压降，使PT一次侧的中性点产生偏移，正是这个中性点位移电压，使PT二次电压不平衡，同时使PT开口三角形出现电压。

从上述分析可知，安装消谐器后，使PT二次电压不平衡的因素主要有以下3点：1）三只单相PT伏安特性的一致性，决定了流过消谐器的基波电流的大小;2）PT伏安特性的好坏，即励磁电流中三次谐波电流的含量的多少，决定了流过消谐器的三次谐波电流的大小;3）消谐器阻值的大小，消谐器阻值越大，中性点位移电压越高，PT二次电压越不平衡。

2.4 6kV厂用段PT三相电压不平衡的具体原因分析

为查找造成6kV厂用段PT三相电压不平衡的具体原因，技术人员通过用万用表测量PT二次侧开口三角两端电压和频率的方法进行判断，具体方法如下：首先用万用表测量6kV厂用段PT开口三角两端电压，正常情况下，电压应在2V以下，实测6kV厂用段PT开口三角处电压值为12V，偏高较多，再用万用表测频档测量开口三角两端的频率，若频率是50HZ，则是由于PT三相伏安特性差别过大造成的，若频率为150HZ，则是由于PT励磁电流中的三次谐波电流过大造成的，实测6kV厂用段PT开口三角处频率为150HZ，由此判断6kV厂用段PT二次绕组三相电压不平衡的原因是6kV厂用段PT励磁特性不好，励磁电流中三次谐波电流过大引起的。

3解决措施

为限制励磁电流中的三次谐波的影响，可在 PT 开口三角两端安装三次谐波限制器。三次谐波限制器主要由正温度系数电阻（PTC）、保险丝、电压指示电路、谐振次数记录电路组成。见下图3，其中的PTC和PT开口三角的内阻形成了三次谐波限制电路。PTC串联保险丝后接在开口三角的两端，PTC对高电压呈现呈高阻（100VAC，阻值>2kW），对低电压呈低阻（5VAC， 阻值<20W），这样既可以有效限制谐波，又对电路正常的接地信号没有什么影响。PT开口三角两端接入三次谐波限制器后，根据电路等效原理，相当于在消谐电阻旁并联了一个电阻，这样开口三角两端的电压就降下来了。

为验证三次谐波限制器的效果，技术人员在6kV厂用段PT开口三角两端L602和B600处安装了三次谐波限制器后，6kV厂用段PT三相电压恢复平衡，开口三角电压值恢复正常。

结束语：通过对6kV厂用段电压互感器二次侧三相电压不平衡的原因分析，找到了引起此现象的原因是一次侧安装消谐器和三只单相PT励磁特性不好造成的，解决此问题的办法，一是采用励磁特性好、铁芯不易饱和的PT，还有就是在不更换现有PT的情况下，在PT开口三角两端安装三次谐波限制器，以解决电压互感器二次侧三相电压不平衡的问题。

参考文献：

[1] 解广润   《过电压及保护》  电力工业出版社  1980年10月   P149

[2]李国友 曹琪琳    《高压电器》  中国电力出版社   2008年44期   P187-189