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10kV母线电压异常原因的分析与解决措施

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：眭晓飞

[导读] 摘要：本文首先介绍了某站10kV母线电压三次谐波的含量超标问题，然后通过排除法分析出现谐波超标的原因，最后提出了解决消除谐波的措施。对变电运行维护具有一定实际的意义。

        （汕头供电局广东省汕头市 515041）
        摘要：本文首先介绍了某站10kV母线电压三次谐波的含量超标问题，然后通过排除法分析出现谐波超标的原因，最后提出了解决消除谐波的措施。对变电运行维护具有一定实际的意义。
        关键词：三次谐波；电压互感器；铁磁谐振
        0 引言
        母线电压三次谐波超标会导致仪表指示不正常或保护误动。消除和减少三次谐波是保证10kV电力系统可靠运行的必要条件。本文介绍的某站10kV是中性点经小电阻接地，属于中性点非直接接地系统。
        1 电压谐波超标情况
        某站运维人员在日常巡视中，发现10kV#3母线电压异常，电压波形详见图一。经过录波装置分析，电压波形中含有25%的三次谐波和5%的九次谐波，根据规范电能质量公用电网谐波10kV的奇次谐波含有率不超过3.2%的规定，10kV#3母线电压的奇次谐波含量已严重超标。

图一 10kV#3母线电压波形

       图二 10kV#3母线电压谐波含量
        10kV#3母线2015年投产，当时10kV系统为接地变经消弧线圈接地，2019年改造为接地变经小电阻接地。
        2 电压谐波超标原因分析
        与某站的10kV#3母线系统对比，10kV#1、#2母线电压正常。三台主变的变高并列运行，且主变变低绕组为三角形接线方式，三次谐波电流在三角形内会形成环流，且不会流到10kV系统。因此，谐波来源排除了主变变高或电源侧的系统。
        通过观察日常负荷的峰、平、谷，研究其对三次谐波的影响。发现三次谐波电压的畸变是稳定的。这样就排除来自用户负荷的谐波来源的可能性。
        根据文献[1]，电压互感器二次中性点接地不良也可以导致三次谐波的产生。但经过对比发现二者电压波形差别较大。前者的电压波形是平顶波，而本文的波形是尖顶波。而且经过现场的测量中性点和N600电压对比，电压互感器二次中性点接地良好。综上，排除电压互感器二次中性点接地不良的导致产生谐波。
        根据文献[2]，电磁式电压互感器引起的铁磁高频谐振引起的过电压同样会产生三次谐波。并且通过对比#3母线电压波形与铁磁高频谐振的特征一致，即三相电压同时升高，并超过线电压。铁磁谐振过电压不会发生在中性点直接接地和经消弧线圈接地系统[2]。本站的10kV系统为小电阻接地系统，符合谐振的条件。因此，初步判断本站的三次谐波超标由电压互感器的铁磁高频谐振引起。
        3 验证谐振方案及消谐措施
        谐振过电压称为中性点位移现象。既然过电压是零序引起的，只决定于零序网络的参数。所以可以判定，导线的相间电容，改善功率因数用的电容器组，电网内负载变压器及其有功和无功负荷对这种过电压不起任何作用。
        多年来，众多学者对中性点不接地系统电压互感器饱和引起的铁磁谐振进行了大量的研究，提出了许多消谐措施。在此，我们重点讨论以下两种方法[3]：
        1、在电压互感器一次中性点接阻尼电阻R
        PT高压侧中性点串入的电阻等价于每相对地串接电阻，能起到消耗能量，阻尼和抑制谐振的作用，还能限制电压互感器中的电流，特别是限制间隙弧光接地时流过电压互感器的高幅值过电流，相应地亦能减小每相电压互感器上的电压，相当于改善电压互感器的伏安特性。研究表明，可以有效地消除谐振。
        这种方法存在的最大问题是当系统发生单相接地故障时，R上将有超过几千伏的高电压。因此对中性点绝缘水平较低的电压互感器，不能采用这种方法。此外，大电阻R还将影响PT的测量准确度。
        2、在电压互感器开口三角形绕组两端接电阻R
        电压互感器本身是一个变压器，通过变比，PT开口三角形绕组两端接电阻R相当于接到电源变压器中性点上，故R越小，就越能抑制谐振的发生，如果R=0，即将电压互感器开口三角形绕组两端短接，相当于电网中性点直接接地，谐振条件就不可能成立了。可见R越小越好。
        长期的运行经验表明，电压互感器T开口绕组接小电阻R消谐的办法对于10kV及以下电压等级的电网且电压互感器特性较好的情况是比较有效的。
        对比上面方案，提出了在电压互感器开口三角绕组短接消谐。这种方法不仅能消除高次谐波，而且实际的运行效果好。
        4 结论
        本文通过对10kV系统三次谐波超标现象产生的原因进行排除，确认此种情况根源在PT发生铁磁谐振。并在最后提出在电压互感器开口三角绕组短接消谐的最佳方案。
        参考文献：
        [1]张俊、李翔. 10kV母线三次谐波测量虚假值分析[J].中国电业（技术版）.2012.
        [2]陈维贤.部过电压基础[M].电力工业出版社.
        [3]吕鲜艳.35kV系统铁磁谐振过电压的分析及其抑制[D].北京:华北电力大学.2008年.