1 000 MW機組高廠變低壓側相電壓異常原因分析

符 剛，閆 虹

(神華國華綏中發電有限責任公司，遼寧 葫蘆島 125222)

1 000 MW機組高廠變低壓側相電壓異常原因分析

符 剛，閆 虹

(神華國華綏中發電有限責任公司，遼寧 葫蘆島 125222)

分析了某電廠1 000 MW機組主變沖擊試驗過程中，高廠變低壓側相電壓出現異常的原因，并提出解決方法，實施后問題得到解決。

沖擊試驗;中性點位移;消諧裝置;分析;措施

1 接線方式

某電廠1 000 MW機組電氣接線方式為發電機經出口斷路器接至主變低壓側、2臺高廠變高壓側，發電機出口電壓為27 kV、主變高壓側電壓為500 kV，主變出口經廠內500 kV變電所以3/2接線方式接至電網。2臺高廠變低壓側分支為6 kV電壓等級，中性點不接地，6 kV母線經接地變接地。

在主變沖擊試驗過程中高廠變低壓側相電壓出現異常，主變、1號高廠變、2號高廠變通過500 kV開關送電至發電機出口刀閘及高廠變低壓側，共進行4次沖擊試驗。

第1次充電試驗，合500 kV開關對主變及1號高廠變、2號高廠變進行充電，檢查發現1號高廠變低壓側B分支、2號高廠變低壓側B分支相電壓異常，線電壓正常，1號高廠變低壓側A分支、2號高廠變低壓側A分支相電壓、線電壓均正常。10 min后，斷開500 kV開關，主變、1號高廠變、2號高廠變停電，投入主變、1號高廠變、2號高廠變風冷系統。

10 min后進行第2次充電試驗，充電10 min。檢查發現1號高廠變低壓側B分支、2號高廠變低壓側B分支相電壓異常，線電壓正常，1號高廠變低壓側A分支、2號高廠變低壓側A分支相電壓、線電壓均正常。

10 min后進行第3次充電試驗，充電10 min。檢查發現1號高廠變低壓側B分支、2號高廠變低壓側B分支相電壓異常，線電壓正常，1號高廠變低壓側A分支、2號高廠變低壓側A分支相電壓、線電壓均正?！，F場記錄數據如表1所示。

第4次充電試驗時，1號高廠變低壓側B分支帶6 kV母線、母線接地變壓器、母線電壓互感器(TV)進行充電試驗，其它分支空載。檢查發現1號高廠變低壓側B分支相電壓、線電壓均正常;2號高廠變低壓側B分支相電壓異常，線電壓正常;1號高廠變低壓側A分支、2號高廠變低壓側A分支相電壓、線電壓均正?！，F場數據如表2所示。

表1 2號高廠變低壓側B分支TV電壓

2 理論分析

該廠高廠變低壓進線系統設計為中性點不接地系統，當帶母線運行時變為中性點接地 (通過接地變壓器接地)系統。中性點不接地系統正常運行時，電壓互感器的勵磁阻抗足夠大，系統對地阻抗是容性，三相基本平衡，系統中性點的位移電壓很小。在主變做沖電試驗時，6 kV工作進線電壓互感器將受到沖擊，某一相或二相繞組內出現巨大的暫態涌流，使電壓互感器飽和。根據電壓互感器三相電感飽和程度的不同，將發生二相電壓升高，一相電壓降低，出現較高的位移電壓。此時，中性點有較高的位移電壓 (中性點的位移現象)。中性點的位移現象使兩相對地電壓升高，一相對地電壓降低，與系統內出現單相接地相仿，但并不是單相接地，可稱為虛幻接地現象。中性點的位移電壓愈高，相對地最高電壓愈大，而線電壓是不變的，所以4次充電試驗線電壓均正常。當第4次1號高廠變低壓側B分支帶母線充電時，電源中性點通過6 kV母線接地變壓器接地，一次電壓互感器繞組分別與各項電源電勢連接，系統內各點電位被固定，不會出現中性點位移過電壓。

鐵心的磁飽和會引起電流、電壓波形畸變，產生諧波，可能產生諧波諧振過電壓，當線路很長、電容很大或電壓互感器勵磁電感很大，導致回路自振頻率很低，有可能發生分次諧波諧振過電壓。反之線路很短，電容很小或互感器的勵磁電感很小(電網中有多臺互感器)時，其自振頻率很高，有可能產生高次諧波諧振過電壓，兩者的表現形式都是三相對地電壓同時升高，但長線路分次諧波諧振過電壓具有忽高忽低低頻振蕩的特點。基波和高次諧波諧振過電壓一般很少超過感抗電壓降的3倍，因此，除非存在弱絕緣設備，一般是不危險的，但勵磁電流會增加幾十倍，引起高壓熔斷器熔斷，嚴重的會造成進線TV過熱燒損。諧振過電壓與系統結構、容量、參數、運行方式及各種安全自動裝置的特性有關。諧振過電壓除增大絕緣承受電壓外，還對選擇過電壓保護裝置有重要影響。諧振過電壓包括線性諧振過電壓和非線性 (鐵磁)諧振過電壓，一般在操作過程中或系統元件故障引起電壓發生波動使網絡中電抗接近容抗時，便產生諧振過電壓。因此，應采取措施，避免產生諧振過電壓的條件，也可用保護裝置限制其幅值和持續時間。

3 解決措施

a. 選用勵磁特性飽和點較高的電磁式電壓互感器。

b. 減少同一系統電壓互感器中性點接地數量，除電源側電壓互感器高壓繞組中性點接地外，其它電壓互感器中性點盡可能不接地。

c. 在互感器開口三角形繞組裝設ΔR≤0.4×(Xm/)的電阻 (K13為互感器一次繞組與開口三角形繞組的變比;Xm為電壓互感器在線電壓作用下單相繞組的勵磁電抗)或微機消諧裝置。

d. 10 V及以下電壓互感器一次高壓繞組中性點經一次消諧器接地。

e. 現場進線TV柜的改造，將二次側單繞組TV更換為雙繞組TV，二次繞組在柜內形成一個星接、一個三角開口繞組，裝設專門消除此類鐵磁諧振的簡易消諧器或微機消諧裝置。

微機消諧工作原理:實時監測并顯示TV開口三角17 Hz、25 Hz、50 Hz、150 Hz頻率電壓分量。對TV開口三角電壓 (零序電壓)進行循環檢測。在正常工作情況下，該電壓在30 V以下，裝置內的大功率消諧元件處于阻斷狀態，對系統無任何影響。當TV開口三角電壓大于30 V時，說明系統出現故障，裝置對電壓互感器開口三角電壓進行數據采集、分析，并判斷出當前的故障狀態。如果是某種頻率的鐵磁諧振，迅速啟動消諧元件予以消除;如果是過電壓或接地，裝置給出相應的報警信號。

表2 2號高廠變低壓側B分支TV電壓

f. 電壓互感器一次高壓繞組中性點經一次消諧器接地?，F場串接安裝于TV柜內一次互感器中性點，如圖1所示。

圖1 一次消諧器安裝位置

一次消諧器的作用:消除或阻尼TV非線性勵磁特性而引起的鐵磁諧振過電壓，該諧振過電壓將導致系統相電壓不穩定;有效抑制間隙性弧光接地時流過TV繞組的過電流，防止TV燒毀;限制系統單相接地消失時在TV一次繞組回路中產生涌流，該涌流會損壞TV或使TV熔絲熔斷;當系統發生單相接地后可較長時間保護TV免受損壞。

4 進線TV中性點加裝消諧器存在的問題

在三相交流電力系統中，發電機和變壓器中性點有3種運行方式:電源中性點不接地、電源中性點經消弧線圈接地、電源中性點直接接地。前兩種合稱為中性點非有效接地或小電流接地系統，后一種稱為中性點有效接地或大電流接地。電源中性點不接地系統大多采用電源中性點不接地運行方式。電源中性點不接地系統發生單相接地時，如C相單相接地，那么完好的A、B兩相對地電壓由原來的相電壓升高到線電壓，即升高為原對地電壓的倍，C相接地電容電流為正常運行時每相對地電容電流的3倍。當發生一相接地時，三相用電設備的正常工作未受影響，因為線路的線電壓無論相位和量值均未發生變化，因此，三相用電設備仍然照常運行，電力部門只允許運行2 h，因為一旦另一相又發生接地故障時，就形成兩相接地短路，將產生很大的短路電流，可能損壞線路設備。在中性點不接地系統中，有一種情況比較危險，即一相接地時，如果接地電流較大，將出現斷續電弧，可使線路發生電壓諧振，在線路形成一個R—L—C的串聯諧振電路，使線路上出現危險的過電壓 (可達相電壓的2.5～3倍)，導致線路絕緣薄弱處擊穿。

進線電壓互感器柜TV二次側加裝二次消諧器，該方法是在電壓互感器二次開口處接入阻尼線性電阻 (微機消諧裝置)。微機消諧裝置工作原理:對TV開口三角電壓 (即零序電壓)進行循環檢測，正常工作情況下，該電壓小于30 V，裝置內的大功率消諧元件 (可控硅)處于阻斷狀態，對系統無影響;當TV開口三角電壓大于30 V時，說明系統發生故障，裝置開始對開口三角電壓進行數據采集，通過數字測量、濾波、放大等數字信號處理技術，對數據進行分析、計算，判斷出當前的故障狀態。如果出現某種頻率的鐵磁諧振，CPU立即啟動消諧電路 (使可控硅導通)，讓鐵磁諧振在強大的阻尼下迅速消失。利用微機消諧器可實現自動跟蹤和自動調諧，并能追憶、報警、自動打印和信號傳送，電壓互感器一次側無需再配一次微機消諧裝置。目前有些電壓互感器本身已帶防鐵磁諧振線圈，還有些電壓互感器為電容式電壓互感器，因此，不需要加消諧器。

進線TV柜加裝一次消諧器是指安裝在6 kV電磁式電壓互感器一次繞組星形接線中性點與地之間的非線性電阻器，起阻尼與限流作用。電網中性點不接地系統中，母線Yo接線的電磁式電壓互感器一次繞組中性點成為該中性點不接地電網對地的唯一金屬通道，電網相對地電容的充、放電通過電壓互感器一次繞組。這種慢變過程使電壓互感器鐵心深度飽和，當電網接地消失時，電壓互感器一次繞組慢變過程將出現數A幅值的涌流，將電壓互感器0.5 A高壓熔絲熔斷。即使這種涌流尚未達到熔斷器的熔斷值，但仍超過電壓互感器額定電流，長時間處于過電流狀態下運行的電壓互感器將被燒毀，繼而引發其他事故，選用一次消諧器，就不會發生這種現象。當單相接地電容電流小于一定值時，不會在電壓互感器一次繞組中出現較大的涌流，對電壓互感器和高壓熔絲無任何影響，可以不裝消諧器。

5 結束語

由開關柜廠家人員現場進行TV柜改造，將二次側單繞組TV拆除更換為雙繞組TV，二次繞組在柜內形成一個星接、一個三角開口繞組，并裝設專門消諧裝置。TV柜改造完成后，2009年11月28日對3號主變、31號高廠變、32號高廠變進行充電試驗，6 kV 3A1、3A2、3B1、3B2段工作電源進線相電壓、線電壓均正常，隨后6 kV廠用快切試驗也順利完成，3號機主變沖擊試驗引起的6 kV工作電源進線相電壓異常問題得到圓滿解決。

［1］ 張 浩.中性點不接地系統鐵磁諧振過電壓的機理分析及防止［J］.湖州師范學院學報，2006，28(ZL):124-129.

Analysis and Solutions to Abnormal Phase Voltage on Auxiliary Transformer for 1 000 MW Unit

FU Gang，YAN Hong
(Shenhua Guohua Suizhong Power Co.，Ltd，Huludao，Liaoning 125222，China)

The phase voltage is abnormal on a branch of auxiliary transformer，during the impulse test of 1 000 MW unit main transformer.Through theoretical analysis，it proposes solutions，and the problem is solved after actual implementation.

Impulse test;Neutral point displacement，Harmonic elimination device;Measures

TM41;TM621

A

1004-7913(2012)01-0035-04

符 剛 (1971—)，男，學士，工程師，從事電氣專業管理工作。

2011-10-15)