10kV系統(tǒng)的電壓諧波分析

1、10kV 系統(tǒng)的電壓諧波分析 摘要： 本文對 10kV 小電流接地系統(tǒng)的電壓諧波， 由于 10kV 電壓互感器中性點的消諧電阻， 及接地變一側(cè)的滅弧線圈等原因， 而造成的錯誤測試結(jié)果， 進行了分析， 并針對這種現(xiàn)象提 出改進的測試方法。 1、前言 由于生產(chǎn)發(fā)展的需要和國家電力總公司及江蘇省公司的要求， 我市公司對所轄范圍內(nèi)的 電網(wǎng)，配網(wǎng)電能質(zhì)量， （電壓諧波占有率）進行了一次普測、普查。 由于 10kV 配網(wǎng)系統(tǒng)采用了小電流接地的運行方式， 10kV 配網(wǎng)的電壓互感器接線方式 如圖 1 所示。在 PT 的一次側(cè)中性點到地串接一只電阻，稱消諧電阻。此電阻一般由氧化鋅 閥片構(gòu)成，在正常運行方式下，

2、無電流通過此電阻。一次側(cè)中心點與地等電位。近似與 Y/Y 型接法。而主變接線方式則是 Y/ 型接法。所以在 10kV 母線上并一只接地變，采用 Y/Y 型接法。在變一側(cè)中心點串一只電抗器，俗稱滅弧線圈。在 10kV 系統(tǒng)形成中心點接地的運 行方式。 國標規(guī)定電壓失諧率是相電壓的諧波百分比含量做為判別限值的標準。 從而規(guī)范了測試 信號是相電壓，與之相應(yīng)的測試設(shè)備的接線方式是“Y”型接法。若取線電壓為取樣信號。 測試設(shè)備需按“ ”接法，結(jié)果將造成取樣信號中的3n 次諧波被抵消，抵消量大小，與 3n 次諧波電壓與同相的基波電壓相位及相電壓的不平衡度有關(guān)。 在普查進程中， 我們發(fā)現(xiàn)有 6 座 110k

3、V 變電站中的 9 條 10kV 母線嚴重超標。 共同特征 是 3 次電壓畸變率是造成超標的最主要因素。 其余各次諧波含量不大。 且占比例極低。 同時 所有電壓諧波超標的 10kV 母線，電壓三相不平衡度也接近或超過國標值。（國標 u 13|偶次 Kn 1.62 1.28 0.72 0.18 0.08 0 注： n 為諧波次數(shù) 注： n 為諧波次數(shù) 3*Un*n*In HRVn= （ 3） 10*Sk 式中： 1.In1、In2 、 In3為諧波源的同次諧波電流值、單位：安培（A） 2.In：為母線電壓上 n 次 諧波的總電流值，單位：安培（ A） 3. Un：母線電壓標稱值 單位千伏（ kV

4、 ） 4.Sk 公共連接點的三相小方式短路容量，單位兆伏安（ MVA） 5.n：第 n 次諧波。 由于超標特征集中在 3 次諧波上，計算頗為簡單。以虎踞變?yōu)槔?10kV 母線上的三次 諧波總電流（ I3 ）僅有 9-11 安左右。經(jīng)計算后， 10kV 側(cè)的三次諧波含量 HRV3 僅有 0.08-0.097% 。與背景諧波相疊加后的電壓總畸變率也只有 1.2%-1.5% 。遠小于測量數(shù)據(jù) 6.1%-8.1%的范圍。 2.2、諧波電壓滲透法： 當已知系統(tǒng)中某點諧波電壓， 要推算相鄰對應(yīng)的諧波電壓值時， 可引入 “諧波電壓滲透 系數(shù)”的概念去推算相鄰點的某等級諧波電壓畸變率。 由如圖 2 所示降壓

5、變壓器，由變壓器 T1 供給負荷 F。功率因數(shù)補償?shù)碾娙萜鹘M C0 上 串聯(lián)， a%電抗器 L0。該系統(tǒng)的等值電路如圖 3 所示。圖中 RTn、XTn 為變壓器的第 n 次諧 波的等值電抗和電阻。 XFn 、RFn為負荷的第 n次諧波等值電抗和電阻。 XLn 、XCn 為電抗 器和補償電容的第 n 次諧波等值電抗。 電源側(cè) A 的第 n 次諧波電壓 UAn( %),利用等值電路與負荷側(cè) B 的諧波電壓 UBn( %) 關(guān)系為： UBn = Kun * UAn 式中： Kun 為諧波電壓滲透系數(shù) ZcnZfn Kun = | Zcn Zfn+ZTn 式中： Zcn = j ( Xln - Xcn

6、 ); ZTn = RTn+jXTn 式中符號為并聯(lián)符號。 為使問題討論簡單化，同時避開補償電容器組對第 n 次諧波的放大作用，作 4 點假設(shè)。 切除補償電容器組 不計變壓器損耗。 系統(tǒng)滿足 Rfn Xfn 。 負荷側(cè)無大型沖擊性負載。 在這些條件均滿足情況下， (實際上除第 2 點外，其余 3 點在實際測試中都具備或能做 到)我們獲得 Kun 。 驗經(jīng)數(shù)據(jù)如下，當 n7 ，也趨近向 1 趨近。 仍以虎踞變?yōu)槔?莫云 2#(796),莫虎 1#(798) 兩條 110kV 進線。電壓總失諧率為 0.91-1.2%， 根據(jù)電壓滲透原理， 10kV 的電壓總畸變率應(yīng)為： 0.91%-1.2%*(

7、 1.05%-1.17% )=0.96%-1.4% 的范圍之內(nèi)， 也遠小于現(xiàn)場所測的 6.1%-8.1% 范圍。 3、現(xiàn)場測量： 由諧波電流換算諧波電壓法和諧波電壓滲透法的理論分析，這 6 座 110kV 變電站 10kV 母線側(cè)， PT 上取樣的相電壓測試數(shù)據(jù)是一個錯誤結(jié)論。而電磁式電壓互感器頻率響應(yīng)在 50Hz-1500Hz 范圍內(nèi)，基本上是一個線性電壓傳遞器件。問題的焦點就集中到消諧電阻上， 由氧化鋅閥片構(gòu)成的消諧電阻，其伏安特性是類似于穩(wěn)壓管的非線性特征。 短接電壓互感器一次側(cè)的消諧電阻，將 10kVPT 的中心點直接接地，此種工況下，應(yīng)是 10KV 母線電壓的真實電壓諧波值。測試結(jié)果

8、如表2 所示。 表2 壓況 測 消諧電阻短接 (THDv%) 消諧電阻接入系統(tǒng) ( THDv% ) 投入補償電容 器組 切除補償電容器 組 投入補償電容器 組 切除補償電容器 組 Ua Ub Uc Ua Ub Uc Ua Ub Uc Ua Ub Uc 10kV 段試 % 1.6 1.8 1.3 0.9 1.0 0.7 8.2 6.1 7.6 7.4 5.7 7.1 10kV 段 % 2.5 2.4 1.7 1.1 1.3 0.9 6.4 5.0 6.6 6.3 5.0 5.6 注：表中是相電壓的總失諧率數(shù)值 由表 2 可以看出， 母線電壓的畸變率是由消諧電阻等器件引起， 運用電流、 電壓換算法

9、， 電壓滲透法估算出的電壓總含諧量和切除電容器組的測量結(jié)果較接近。 由電能質(zhì)量分析儀 （PS-3），分析軟件程序， 打印出的 3次諧波電壓日變化曲線 （圖 4 所示 ）。 雖經(jīng)供電系統(tǒng)的峰，谷，平三個時段，但畸變率基本上是一條直線。證明了是一個穩(wěn)定的畸 變因素。與用戶負荷無關(guān)。 10kV 母線卻是一個在 0-7% 之間的穩(wěn)定電壓。 PT 中心點流過消 諧電阻的電流，形成的電壓，與滅弧線圈，是造成三次諧波被放大很多的最重要的原因。 A相電壓 B相電壓 C相電壓 圖4 改進測試方法： 如圖 5 所示，為滿足國標取相電壓要求，測試設(shè)備仍按 Uo對地有一電壓，電壓是由三相另序和諧波電壓（主要是 Y”型

10、接法，但 N 點不接地。 3 次造成）。 Uo是一次側(cè)的中心點，對地也有電壓，而電壓主要由三相不平衡量和諧波電壓，主要 也是 3 次所致。因此 Uo 與 Uo是一個方向相同的電壓偏差，對測試設(shè)備而言。就相對消弱 和減小了因消諧電阻之故所造成的測量誤差。 按此設(shè)想，仍在虎踞變，將消諧電阻短接后，投切補償電容器組，測得的一組數(shù)據(jù)，與 將消諧電阻接入電網(wǎng)系統(tǒng)，測試設(shè)備中心點懸浮，投、切補償電容器組，所得的數(shù)據(jù)列入表 3 所示。 表3 消諧電阻短接 測得設(shè)備中心點接地 消諧電阻接入系統(tǒng) 測量設(shè)備中心點懸浮 投入補償電容 器組 切除補償電容 器組 投入補償電容 器組 切除補償電容 器組 Ua Ub Uc

11、 Ua Ub Uc Ua Ub Uc Ua Ub Uc 10kV 段 % 1.89 2.2 1.6 0.8 1.1 0.7 1.5 1.9 1.2 0.9 1.2 0.7 6 1 7 7 3 7 4 7 7 5 10kV 段 % 2.09 2.4 1.6 0.9 1.4 0.9 2.2 1.9 1.6 1.0 1.5 1.0 7 3 9 9 4 8 3 0 1 3 注：表中是相電壓的總失諧畸變率 從表 3 可明顯看出，消諧電阻接入系統(tǒng)后， 采用測試設(shè)備中心點懸浮方法所測得的數(shù)據(jù)， 較為貼近實際情況， 尤其在切除功率因素補償電容器組的的工況下， 這種測試方法， 所得測 試結(jié)果更為貼近實際。 但要特別指出的是， 這種測試方法， 要求測試設(shè)備電壓信號通道必須隔離并且相互獨立， 無內(nèi)在電氣連接點。經(jīng) 9 條母線的驗證，這種接線方式測量具有很高的準確性。 3 次諧波很高，是否是虛假值的論證方法有三種。方法一可把變電站所用變， （部分變 電站也有將接地變當所用變供電）作為 PT 來取相電壓。因為所用變負荷率一般不足15%， 測試時最好再停用照明設(shè)備、空調(diào)直流浮充等負荷，用所用變測的電壓諧波結(jié)果會略高于 PT 二次側(cè)所得測試結(jié)果，若不僅不高反而低，而且