35kV配電系統三相電壓不平衡原因及處理對策分析

李 惠，劉瑞達

(1.內蒙古華蒙電力勘察設計院有限公司；2.內蒙古電力勘測設計院有限責任公司，內蒙古 呼和浩特 010020)

三相電壓不平衡是指三相電壓的幅值或者相角不一致，且偏差超過國標要求的范圍。三相電壓不平衡在電網中經常存在，如果超過國標要求值，會對電能質量、設備運行和電網安全產生很大的影響和危害。三相電壓不平衡時就會對應產生負序電流和零序電流，對電力線路造成嚴重的損耗和很大的壓降，并且干擾通信系統，造成旋轉電機以及變壓器的發熱、振動、損耗，影響用電設備的使用壽命。

1 某企業三相電壓不平衡案例

某企業35kV保護裝置頻繁報“35kV電網三相電壓不平衡故障”，裝置顯示線電壓正常，相電壓不平衡，且不對稱度超過10%，其他等級電壓運行正常未報警，且電壓互感器熔斷器經常性熔斷，成為困擾企業電網安全穩定運行的一大難題，所以必須對此情況進行檢查、分析，找到原因并進行解決才能保證正常的供電需求。 35kV母線電壓值監控數據，見表1。

表1 35kV母線電壓值匯總表(壓敏特性)

2 問題分析

2.1 分析是否由于電網供給三相電源不平衡導致

該企業35kV配電系統采用不接地運行方式，電網的不對稱度與電網三相對地等值電容有關，也就是取決于電網結構，理想情況下，電網三相完全對稱，不對稱度為零。110kV及以下電網的三相導線通常是不換位的，三相對地電容最大相差10%，電網不對稱度最大3%，一般情況下只有0.5%～1%，經現場運維人員確認，系統三相電壓偏差在允許范圍內，不對稱度為1%。

2.2 分析三相負載是否對稱

在正常供電運行情況下，通常不會出現三相不對稱的情況，但在實際運行過程中，三相負載不能做到完全平衡，因為各個單相負載的工作時間不同，且在使用中負載的變化率不盡相同，而在非正常情況下，三相負載的不對稱就更加嚴重了，本工程調取監控運維數據后，發現三相負載基本平衡。

2.3 查看是否有系統接地、線路斷線等異常情況

由于保護裝置顯示線電壓正常，考慮是否有系統接地、線路斷線等異常情況，經現場核查沒有出現上述問題。

2.4 分析現場是否發生電壓互感器熔斷器熔斷問題

當電力系統發生相對地電容改變、單相接地故障或負荷大幅度波動的過渡過程中，電壓互感器鐵芯深度飽和激發鐵磁諧振，從而導致電壓互感器高壓熔斷器熔斷。在供電運行中，電壓互感器高壓與低壓熔斷器熔斷會導致電壓出現不平衡，經現場運維人員確認，本工程曾多次出現電壓互感器熔斷器熔斷情況。

2.5 分析電壓互感器鐵磁諧振現象

鐵磁諧振導致的電壓不平衡有兩種情況：一種是基頻諧振，其特征與單相接地的情況相似；另一種是分頻諧振，其特征是所有的三相電壓都出現升高。

本工程35kV配電系統采用不接地運行方式，鐵磁諧振就會對電抗產生影響，電路呈現出的電阻性能提高，出現一個較大的電流，這個電流雖然不會導致全電路出現電抗電壓異常現象，但是在電感和電容上都會出現電抗電壓異常，如果感抗和容抗的數值異常度大于電阻的參數，就會在電感和電容上出現超過外部施加的電壓，而且鐵芯磁通密度是很大的，電壓互感器線圈可能會因為激磁電流過大而損壞，同時導致電壓互感器熔斷器熔斷，對于35kV中性點不接地系統，鐵磁諧振很可能會導致中性點的異常移位而導致三相電壓不平衡，為避免發生鐵磁諧振一般裝設消諧裝置；經運維檢查發現本企業消諧裝置引起中性電壓偏移，導致保護頻發三相電壓不平衡告警。

3 問題處理

本工程35kV系統不接地運行方式運行，利用一次消諧裝置來避免發生鐵磁諧振，裝設在電壓互感器中性點。

消諧裝置采用壓敏特性工作原理是當電壓低于閾值時，電壓較高電流較小，電阻阻值接近于無窮大的；電壓超過閾值時，電壓變化不大，電流快速增加，電阻阻值接近于無窮小，壓敏特性主要控制因素為電壓，反映出的結果為阻值。

消諧裝置采用熱敏特性工作原理是設備正常運行，電阻阻值很小，而當發生故障后電流增大，溫度升高，電阻阻值快速升高，熱敏特性主要控制因素為電流，反映出的結果為阻值。由于熱敏特性，正常運行時電阻阻值很小，不會造成中性點電壓發生偏移。壓敏特性和熱敏特性的伏安曲線圖，詳見圖1。

圖1 壓敏特性和熱敏特性的伏安曲線圖

本工程消諧裝置采用壓敏特性原理，使中性點呈高電阻狀態，導致中性點電壓產生偏移，造成三相相電壓幅值不平衡，但不會對線電壓幅值產生影響。通過分析熱敏特性和壓敏特性消諧裝置的區別，該企業用熱敏特性的消諧裝置替代壓敏特性的消諧裝置，同時將35kV普通電壓互感器更換成不飽和電壓互感器或者抗飽和電壓互感器，有效解決當系統發生電壓升高時，電壓互感器過飽和從而導致的電感下降，引起鐵磁諧振，最終引起嚴重的燒毀電壓互感器、熔斷器熔斷等事故，從而從根本上解決這個問題。

采取上述措施后，35kV母線電壓值監控數據見表2。

表2 35kV母線電壓值匯總表(熱敏特性)

4 結論

該企業35kV三相電壓不平衡的主要原因是電壓互感器消諧裝置采用壓敏特行原理導致中性點電壓出現偏移，將壓敏特行消諧裝置更換為熱敏特性消諧裝置，同時配合將普通電壓互感器更換成不飽和電壓互感器或者抗飽和電壓互感器，不但避免保護的頻繁報警，也能避免電壓啟動元件誤動作，并且降低了由于三相電壓不平衡導致的線路損耗和變壓器的損耗、減少了對用電設備不良影響，提高了供電可靠性，保證了供電質量。