穩(wěn)定繞組引起變壓器空載時輸出三相電壓不平衡的探究

穩(wěn)定繞組引起變壓器空載時輸出三相電壓不平衡的探究

摘要：對一臺帶穩(wěn)定繞組的變壓器空載時輸出三相對地電壓不平衡的實測和分析，得出穩(wěn)定繞組引起變壓器空載時輸出三相對地電壓不平衡形成機理，并給出了處理方法和該類變壓器運行和維護建議。關(guān)鍵詞：穩(wěn)定繞組；變壓器；空載；電壓不平衡1、前言隨著電網(wǎng)的發(fā)展，變壓器的結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，目前應(yīng)用最廣的變壓器低壓側(cè)都是采用三角形接法，既可傳輸電能，也可以消除3次諧波，但也有不少變壓器三側(cè)均為星型接線并設(shè)有穩(wěn)定繞組（也叫平衡繞組），穩(wěn)定繞組用于消除三次諧波，然而穩(wěn)定繞組作為特殊繞組會給空載運行的變壓器帶來影響。2、現(xiàn)場實測220kV章丘變2號主變?yōu)樯蜿栕儔浩鲝S1990年的產(chǎn)品，主變型號為SFPS-120000/220，技術(shù)代號為1ET.710.1522，該主變?nèi)齻?cè)為星型接線，設(shè)有穩(wěn)定繞組（也叫平衡繞組）；2014年05月06日，在220kV章丘變2號變壓器沖擊時，發(fā)現(xiàn)2號變壓器空載時（35kV2段母線不帶出線），主變35kV側(cè)輸出對地電壓不平衡（而線電壓平衡），監(jiān)控顯示A相電壓為27kV；B相電壓22kV；C相電壓14kV。通過電壓互感器二次側(cè)測得A相電壓為77.17V；B相電壓63.33V；C相電壓49.26V；AB夾角為100.1度，BC夾角為144.9度，CA夾角為113.7度。為查出原因，工作人員通過1號變壓器帶35kV相同母線，發(fā)現(xiàn)1號變壓器35kV側(cè)輸出對地電壓相對平衡，證明2號變壓器空載時35kV側(cè)輸出對地電壓不平衡并不是由電壓互感器引起。隨后工作人員將2號變壓器通過母線帶電容器無功負(fù)荷，負(fù)荷電流為160A左右，發(fā)現(xiàn)2號變壓器35kV側(cè)輸出對地電壓平衡程度有明顯改善，A相電壓為25kV；B相電壓22kV；C相電壓19kV。通過電壓互感器二次側(cè)測得A相電壓為73V；B相電壓64V；C相電壓53V，角度也有較大改善；證明2號變壓器低壓側(cè)帶一定負(fù)荷后，35kV側(cè)輸出對地電壓趨于平衡。3、原因探究章丘變2號主變的高、中繞組的中性點在運行時是直接接地的，而低壓繞組的中性點不接地。在低壓繞組未接負(fù)載時，其中性點電壓主要是由其他繞組電壓通過繞組間電容耦合感應(yīng)產(chǎn)生的，在這種情況下，可以將變壓器繞組等效成電容極，變壓器繞組分布極繞組之間的等效電容分布圖（Reference1）如圖1所示:如圖1繞組之間的等效電容分布圖由于高、中壓繞組中性點接地，在系統(tǒng)電壓對稱的情況下，通過繞組間電容耦合在低壓繞組感應(yīng)的電壓也是對稱的，不會引起低壓繞組中性點電壓位移（Reference2）。同樣，當(dāng)穩(wěn)定繞組不接地情況下，穩(wěn)定繞組不會引起低壓繞組中性點電壓位移。當(dāng)穩(wěn)定繞組開口處短接并接地時，其虛擬的中性點就會發(fā)生位移，位移電壓就會通過繞組間的電容耦合在低壓繞組上感應(yīng)出位移電壓，從而導(dǎo)致低壓繞組的中性點電壓位移，使得低壓繞組輸出相對地電壓不平衡，發(fā)生位移后的各繞組的向量圖如圖2所示：從圖2可以直觀看出Uao最大，Uco最??；就該變壓器設(shè)計而言，當(dāng)變壓器不帶出線或出線較短時，低壓繞組三相對地不平衡是必然的。4、解決辦法最好的解決辦法是保證220kV章丘變2號變壓器低壓繞組帶一定長的出線（即帶一定負(fù)荷運行），利用線路的對地電容來增加低壓繞組的等效電容，如圖3所示。圖2發(fā)生位移后的圖3帶出線等效電容分布圖各繞組的向量圖這樣可以降低穩(wěn)定繞組虛擬的中性點位移電壓對低壓繞組的影響，理論計算方式如下：E0為穩(wěn)定繞組中性點位位移電壓，E1為低壓繞組感應(yīng)出中性點位移電壓；E1=E0*C1/C1+(C2+C3)，由公式可見，C3越大，穩(wěn)定繞組中性點位位移電壓對低壓繞組影響越小。結(jié)論：該類型變壓器低壓繞組帶一定長的出線（即帶一定負(fù)荷運行）即可解決輸出三相對地電壓不平衡的問題。5、總結(jié)1.以前，老220kV章丘變2號主變曾多次出現(xiàn)過低壓側(cè)輸出對地電壓不平衡的現(xiàn)象，并且一直找不出原因，原因分析：通過本文分析可以得出，在一定時間段內(nèi)變壓器所帶出線變化而引起的線路的對地電容不足，進而會使低壓繞組出線三相對地電壓不平衡。2.變電運維室經(jīng)驗豐富的運行人員反應(yīng),老220kV章丘變2號主變在沖擊35kV母線時經(jīng)常出現(xiàn)諧振；原因分析：正是由于帶穩(wěn)定繞組變壓器的接線方式，在變壓器空載時會造成35kV系統(tǒng)中性點電壓偏移，使得對主變35kV母線充電時造成母線電壓互感器三相鐵芯出現(xiàn)不同程度的飽和，系統(tǒng)中性點就有較大的位移，飽和后的電壓互感器勵磁電感變小，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)對地阻抗趨于感性，此時若系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的對地電感與對地電容相匹配，就會形成三相或單相共振回路，可激發(fā)各種鐵磁諧振過電壓。6、結(jié)束語對帶穩(wěn)定繞組的變壓器而言，當(dāng)變壓器不帶出線或出線較短時，低壓繞組三相對地不平衡是必然現(xiàn)象，也是正?，F(xiàn)象。保證其變壓器低壓側(cè)帶一定長的出線是解決低壓輸出對地電壓不平衡最實用的方法，也是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣的方法。建議供電公司的運維檢修部、調(diào)控中心、變電運維室要充分考慮220kV章丘變2號主變特殊的繞組聯(lián)結(jié)方式對電網(wǎng)的影響，盡量避免2號主變長時間空載（或所帶出線較短）運行，避免2號主變低壓繞組輸出電壓不平衡給電網(wǎng)造成負(fù)面影響。Reference[1]穩(wěn)定繞組引起變壓器輸出電壓中性點位移的分析[J].高壓電器.2004.40(4).[2]穩(wěn)定繞組引起主變中性點位移的處理方法[