35 kV母线相电压不平衡分析及处理

摘 要：针对某变电站35 kV #2母线相电压不平衡现象，分别从电压互感器、低压并联电抗器投退及系统参数3个方面进行深入分析。根据设备的电气接线图，搭建MATLAB软件仿真模型，通过仿真计算与分析，查找原因，得出排除相电压不平衡故障的方法。

关键词：相电压;不平衡;电压互感器;低压并联电抗器

0    引言

低压并联电抗器作为变电站的重要组成部分，具有补偿容性充电功率，吸收无功功率，降低线损，提高功率因数，削弱空载或轻载时长线的电容效应，稳定电网的运行电压，改善供电质量，减少潜供电流，加速潜供电弧熄灭的作用，现已成为变电站无功补偿中不可或缺的一部分。低压并联电抗器有任何异常，都需引起重视并及时解决，以免造成设备故障。

本文以某变电站35 kV #2母线相电压不平衡为例，通过仿真计算与分析，查找原因，得出排除相电压不平衡故障的方法。

1    发现电压不平衡

某变电站是一座500 kV枢纽站，500 kV采用3/2主接线，现有4串完整串设备，接有2台变压器和6回500 kV线路;220 kV采用双母线双分段带旁路接线，现有12回220 kV线路;35 kV接线方式为两段单母线接线，分别接于#1、#2主变变低侧，各母线带有1台站变和3组无功补偿低压并联电抗器。

35 kV设备正常运行方式为：35 kV #1母线、#1变低301开关、#1站变变高314开关、#1电压互感器，35 kV #1母线#1、#2、#3低压并联电抗器在运行状态;35 kV #2母线、#2变低302开关、#2电压互感器，35 kV #2母线#1、#2、#3低压并联电抗器在运行状态;35 kV #1、#2站变在运行状态。

某日，变电站监控后台的35 kV #2母差保护持续发PT断线信号，母差采样值A相52 V、B相49 V、C相57 V，3U0达12 V（PT断线的3U0定值为8 V）。35 kV #2電压互感器端子箱二次空气开关下端测量电压值为：A相52 V、B相49 V、C相57 V，数值与保护采集电压一致，B相电压偏低。

2    异常分析

2.1    电压互感器因素分析

（1）可能是一次设备接触不良或高压保险熔断。

（2）可能是电压互感器内部故障。

（3）可能是二次接线错误。

运行人员申请停电后，测量35 kV #2电压互感器各相高压熔断器的电阻值均为143 Ω。检修班组对35 kV #2电压互感器进行检查，试验专业、继保专业分别对35 kV #2电压互感器进行绝缘电阻、介损检查，电压比测试，二次回路查找，均未发现异常。这说明35 kV #2电压互感器本体运行状况良好，排除电压互感器高压熔断器熔丝熔断、本体内部故障、二次回路问题等因素导致电压偏低的可能。

2.2    低压并联电抗器投退因素分析

在确保各个电压等级母线数值在合格范围内的前提下，为得到准确数据，进一步进行分析，运行人员对35 kV #2母线的低压并联电抗器进行轮流投退试验。35 kV #2母线系统相电压再次出现不平衡现象。

不平衡度计算公式：

δ=（θmax-θmin）/θavg×100%

式中：δ为不平衡度;θavg为平均值;θmax为最大值;θmin为最小值。

实测数据与相间不平衡度计算值如表1所示。

2.3    系统参数因素分析

试验人员查阅某站相关设备间隔的历史试验数据未发现异常。通过35 kV #2电压互感器电压数据比对发现，35 kV #2母线线电压平衡，相电压不平衡。

35 kV系统三相对地电容相等时，对地负荷平衡，中性点O在零电位，在相量图中电压中性点O与地电位e重合，表现为三相线电压平衡、相电压平衡;当35 kV系统三相对地电容不等时，则中性点O不在地电位e，在相量图中偏移产生对地电位Ueo，此时表现为三相线电压平衡、相电压不平衡[1]。

经现场勘察发现，35 kV #2母线的3组电抗器间隔对应开关电流互感器、尾部电流互感器均只安装两相，即有A、C相，无B相。结合现场情况与数据分析，初步分析35 kV #2母线相电压不平衡原因可能为：由于无B相电流互感器，35 kV系统三相负荷不对称（电容不平衡），因此中性点产生偏移，出现母线相电压不平衡现象[2]。在实际电网中确实存在着B相对地电容偏低的状况，其是造成母线三相不平衡的主要因素，合理补偿B相电容的差值，可有效解决三相相电压不平衡的问题[3]。

3    现场测试分析

为彻底查证35 kV母线相电压不平衡原因，消除安全隐患，试验人员对某站#2主变及35 kV系统参数开展验证性试验。根据实测数据，35 kV #2母线的低压并联电抗器组电容、#2主变变低低压绕组电容、母线对地等效电容均存在一定的不平衡现象，其中低压并联电抗器间隔三相电容不平衡度最大。综合计算该变电站35 kV #2母线系统对地等效电容及三相不平衡度，结果如表2所示。

随着低压并联电抗器数量的投入，35 kV #2母线系统相间对地等效电容不平衡度逐渐增大[4]，相间电压不平衡度随之增大。当3组电抗器全部投入时，35 kV #2母线相间对地等效电容不平衡度达最大值24.03%，相间电压不平衡度也达最大值11.94%。由表2可知，当低压并联电抗器全部投入时，对地等效电容最小的B相与对地等效电容最大的A相的差值为3 660 pF，按平均分配的原则，3组低压并联电抗器开关处各需补偿电容1 220 pF。

4    解决方案

根据电气设备接线图，采用MATLAB软件搭建仿真模型。

结合现场试验实测数据和变压器绕组结构，对仿真模型和参数进行优化，B相补偿电容1 220 pF后的仿真结果与预期一致。这验证了35 kV #2母线低压并联电抗器组开关B相均无电流互感器导致35 kV系统相间对地电容不平衡是35 kV系统相电压不平衡的主要原因。

立项整改措施：在35 kV低压并联电抗器组开关B相分别加装电容为1 220 pF的电流互感器。实际结果为通过降低系统相间电容不平衡，达到降低系统相电压不平衡的目的，如表3所示。

5    结语

本文通过仿真计算与分析，结合现场实际情况制订整改措施，改善了电压质量，解决了某站35 kV #2母线相电压不平衡的问题。得出结论：（1）系统相间对地电容与系统相电压成正关系;（2）改善电容不平衡度能解决电压不平衡问题。对于在35 kV母线安装了类似接线的低压并联电抗器的变电站，当其出现母线相电压不平衡的情况时，本文研究成果具有实际的参考意义。

[参考文献]

[1] 郭飞，曾秀梅，易秉栋，等.中性点不接地系统母线电压不平衡研究[J].四川电力技术，2008，31（6）：55-58.

[2] 韩俊学.某220 kV变电站35 kV母线电压不平衡原因分析及解决方法[J].天津电力技术，2011（2）：47-48.

[3] 张振国.解决35 kV母线三相不平衡电压的措施[J].华北电力技术，1998（1）：66-68.

[4] 何昌雄，唐军，陈小平，等.同祥变35 kV母线电压不平衡原因及对策分析[J].电力电容器与无功补偿，2015，36（5）：80-87.

收稿日期：2021-01-13

作者简介：黄小龙（1988—），男，广东始兴人，工程师，研究方向：变电站设备运维。