一起35 kV 母線電壓不平衡故障的處置

杜衛仕，王瑞虎，胡松華

（云南電網有限責任公司保山供電局，云南 保山 678000）

1 事故經過

2022 年6 月26 日，220 kV 某變電站接到地調通知，后臺頻繁發生35 kV 母線保護啟動報警。經現場檢查確認，發現35 kV 母線保護裝置報警燈亮起，保護裝置也啟動，I 母TV 還出現了斷線的情況。在檢修人員到達現場后，首先提出TV 可能存在問題的假設。隨后測量TV 的二次空氣開關參數，并將測量結果與測控裝置進行對照比較。根據表1 的數據，可看出現場測量電壓與測控裝置測量電壓基本一致。二次專業人員檢查保護測控裝置，未發現異常，因此判斷該問題源于一次設備。檢修人員通過開關柜觀察窗觀測35 kVⅠ段母線電壓互感器柜內部一次設備，避雷器泄漏電流顯示正常，通過氣味、目測以及聽取放電聲未發現異常現象。后通過220 kV #1 主變低壓側數據推斷是該TV 存在諧振現象。在嘗試改變電壓不平衡狀態的過程中，運行人員決定先斷開220 kV #1 主變低壓側301 斷路器，等待一段時間后再合上，以期改變潛在的諧振狀態。然而，此項操作后35 kVⅠ組母線電壓不平衡的狀態并未改變。在沒有停電的情況下，排查工作只能暫告一段落，進一步調查須進行斷電試驗。

表1 35 kV I 段母線電壓（不平衡時） V

2 事故原因分析

2.1 TV 因素分析

TV 本身存在問題，例如繞組接頭松動、繞組內部短路等，導致輸出信號失真，從而影響了母線電壓的準確測量。

TV 與測控裝置之間存在線路故障，例如接觸不良、斷線、短路等，導致測量數據與實際值不一致，從而影響母線電壓的準確測量。

TV 二次側空氣開關存在問題，例如接觸不良、斷路等，導致二次側輸出信號失真，從而影響測控裝置對母線電壓的準確測量。

TV 參數選擇不當，例如額定電壓與實際運行電壓不匹配，從而導致輸出信號失真，影響母線電壓的準確測量[1-2]。

2.2 系統電容參數影響因素分析

投入低壓并聯電抗器后，由于其對電網容升效應進行了補償，會導致電網容抗變小，感抗變大，進而可能引起電壓上升。

退出低壓并聯電抗器后，由于其對電網容升效應的補償作用消失，電網容抗變大，電網感抗變小，可能導致電壓下降。

2.3 試驗分析

2022 年7 月7 日，試驗檢修班對220 kV 某變電站35 kVⅠ段母線TV 勵磁特性進行了一次試驗。試驗涵蓋了TV 變比、勵磁特性以及絕緣試驗，同時也對避雷器進行了絕緣、直流參考電壓、泄露電流試驗。

試驗結果表明，TV 和避雷器的運行狀態均未顯示異常情況。但在熔斷器直流電阻測試中發現C相熔斷器直流電阻存在異常，數據如表2 所示。初步推測，這是由于TV 的熔斷器損壞導致的電壓不平衡所致。

表2 35 kV Ⅰ段母線電壓互感器熔斷器阻值測量結果

根據熔斷器數據分析，35 kVⅠ段母線電壓互感器C 相熔斷器已經熔斷。從不同電壓下的絕緣電阻數據可以發現，該熔斷器在高電壓下絕緣電阻明顯降低，進入高值電阻電壓導通狀態，因此C 相電壓能夠被采集。

根據表3 所示數據可以得出如下結論：在熔斷器熔斷之前和之后，A 相和B 相的相電壓未出現明顯的變化。然而，C 相TV 的熔斷器損壞導致了C相電壓的上升。同時，由于C 相電阻增大，相角也發生了變化。如表4 顯示，C 相串聯的熔斷器電阻增大導致該相阻抗的變化，C 相電壓從超前A 相119°的正常值變為超前A 相141°。

表3 35 kV Ⅰ段母線電壓幅值 kV

表4 35 kV Ⅰ段母線電壓相位 （°）

2.4 事故原因總結

本次事故的主要原因主要包括2 個方面，具體情況分析如下。

2.4.1 熔斷器熔斷

該熔斷器發生熔斷是由于發生了鐵磁諧振。在中性點不接地的電力系統中，當系統處于三相對稱運行狀態時，TV 中存在著高值的勵磁阻抗。與此同時，網絡對地阻抗具有一定的電容性質，對中性點的位移產生了阻礙作用，導致中性點的位移趨于零。然而當系統遇到雷擊、過電壓、沖擊電流、負荷變動、接地故障等因素干擾時會讓TV 激發勵磁涌流導致TV 三相鐵芯飽和，使中性點發生位移。在TV 的鐵芯達到飽和狀態后，其電抗值會迅速減小，從而導致網絡對地阻抗轉變為感性。在這種情況下，如果容性阻抗和感性阻抗在特定頻率下相互匹配，將引發諧振現象。因此35 kV I 段母線TV的C 相由于鐵磁諧振引發熔斷器熔斷，使C 相電壓測量不準確，導致保護持續動作[3-4]。

2.4.2 變壓器設計不合理

如圖1 繞組連接圖所示，某變壓器設計時低壓側有出線間隔，故參數設計不同且采用星型不接地方案，實際投運后無出線。該方案將導致低壓側繞組中的三相對地電容參數失衡，引起低壓側繞組中性點的電位漂移，導致低壓側三相對地電壓不對稱。所考慮的變壓器為高阻抗變壓器，其連接組別為YNyn0yn0d11，其結構特點是所有工作繞組均采用星形連接。為了使變壓器能夠獲得與施加電壓波形相匹配的正弦磁通，通常在變壓器內部添加1 個三角形接法的穩壓繞組，用于提供三次諧波電流的流通路徑。該繞組通常不負載工作，并通過單根或雙根套管引出（該變壓器通過2 根套管接地）。在變壓器正常運行時，引出套管始終可靠接地。圖1、圖2 顯示了主變繞組的結構和分布電容，由于變壓器的平衡繞組C 相的首端cs 和A 相的尾端xs 直接短接接地，導致低壓繞組與平衡繞組之間的集中電容參數和低壓繞組的三相對地集中電容參數失衡。電容失衡的具體表現是35 kV 低壓繞組的A 相對地集中電容參數偏小，C 相對地集中電容參數偏大，而B 相對地集中電容參數位于A 相和C 相之間。當低壓繞組的中性點未接地時，中性點的電位將發生漂移，導致35 kV 低壓繞組的三相電壓失衡。不平衡電壓的顯示情況是A 相電壓偏高，C 相電壓偏低，而B 相電壓位于A 相和C 相電壓之間，這與前文中35 kV 母線TV 的后臺監控數據相一致。

圖1 繞組連接示意圖

圖2 主變繞組結構和分布電容示意圖

3 事故處理及預防措施

針對前文對事故原因的分析，處理及預防可從以下2 個方面進行。

3.1 預防熔斷器熔斷

在中性點不接地系統當中，TV 損毀有很大一部分原因是由于鐵磁諧振引起的，其抑制主要靠消耗諧振能量來實現，諸如使用柔性接地裝置注入最佳消諧電流、利用有源濾波器裝置實現中性點電壓控制[5]、調節TV 開口三角阻尼等手段進行抑制。而采用預防措施來實現鐵磁諧振，現階段可以采用以下方式：

在TV 的旁路電路中加入諧振抑制電抗器或諧振抑制電容器等裝置，降低系統的諧振頻率。

對于存在潛在鐵磁諧振的TV，可以通過改變其勵磁特性來改變諧振條件，從而避免鐵磁諧振[6]。

對于已經出現了鐵磁諧振的TV，可采用補償電感或改變系統參數等方式來減小諧振現象。

預防措施的選擇應根據具體情況進行綜合考慮，并且須考慮到其對電網穩定性、安全性以及經濟性等方面的影響。本次事故后，站方的處理辦法是更換TV 相關元器件來杜絕此類事件的發生。

3.2 變壓器參數調整

本次事故中，主變設計結構存在缺陷，導致三相繞組對地電容不平衡，進而引發了三相相電壓的不平衡情況。但變壓器的接線方式、繞組參數是在設計時確定的，對于服役中的變壓器無法修改。建議后期通過新建接地電抗器等補償設施來克服設計缺陷。在本次事故后，變電站方面選擇新裝35 kV并聯電抗器組以改善該問題。

4 結束語

本文對一起變電站的母線電不平衡引發的事故進行詳細地分析，介紹由于鐵磁諧振引起的事故處理方法，指出變壓器本身存在的缺陷須通過后期新裝電抗器組來解決。同時運行維護人員應繼續加強理論學習，不斷提升業務能力，電力系統的安全運行離不開每一個電力人的努力。