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国网北京市电力公司低电压治理分析
2017-05-10 11:29:22  作者:郝良  来源:中国设计师网  
  •   Yyn型变压器发生三相不平衡时,由于变压器高压侧没有抵消零线电流的磁通通路,因此该型变压器具有较大的零序阻抗,在发生三相不平衡时容易引起电压偏移。造成变压器出口低电压情况出现。
    关键字: 低电压 治理 分析

  国网北京市电力公司电力科学研究院 郝良

  1 重过载与三相不平衡下的Yyn型变压器低电压

  Yyn型变压器发生三相不平衡时,由于变压器高压侧没有抵消零线电流的磁通通路,因此该型变压器具有较大的零序阻抗,在发生三相不平衡时容易引起电压偏移。造成变压器出口低电压情况出现。如南七家柱上变2015年度夏某天的运行情况如图1所示:

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  由图1可以看出,南七家柱上变存在较为严重的三相不平衡情况,其中B相负荷较为偏低。A、C相负荷偏高。由于主要负荷为居民用电,白天负荷相对较低,电压基本维持在正常区间内运行。但由于电压偏移现象,A相电压相对偏低。傍晚负荷用电明显上升,A、C相电流已出现单相过载的情况,此时三相不平衡程度加剧,A相电压开始出现低电压的情况。

  该类低电压治理主要有以下几种方式:第一,通过更换大容量变压器或进行变压器分装,降低台变负载率,可以减小低电压程度;第二,重新调整低压用户负荷的接入相序,使三相负荷接入基本平衡,可以大大降低台区出口电压的偏移程度;第三,更换Yyn型变压器为Dyn-11型变压器,可以降低变压器零序阻抗,缓解台区变压器出口电压偏移。

  2 单相大功率电机启动引起瞬时低电压

  北京地区这几年大力开展“煤改电”改造工程,16年开始政府采购了空气源热泵作为电采暖装置。空气源热泵使用了单相大电机,启动时产生较大涌流,同时在Yyn型变压器末端用户容易出现较大压降和电机无法正常工作的情况。

  该情况一般并非稳态运行过程中出现的电压起伏波动,而是空气源热泵的电机启动瞬间造成的暂态情况。根据现场实测发现,空气源热泵停机时,变压器到用户的正常电压降一般不到10V,空气源热泵启动时,该相电压在变压器处大约瞬降10~15V,低压线路下降15~20V,用户接户线处下降10V左右,启动瞬间会造成40~60V的电压瞬降。造成末端用户较为严重的低电压,甚至影响电机的启动。

  通过现场测量数据分析可知,空气源热泵启动时的冲击电流造成的瞬间不平衡,功率因数低造成低压线路较大的感抗压降,接户线线径较细造成的接户线压降共同导致了用户末端的较大压降。在一般农村灌溉用电台区,变压器分接头一般调整至9.5kV档来防止启动冲击和功率因数较低引起的电压降,保证电机的正常启动。但居民用电台区不适合采用这种方式,由于不平衡引起的电压偏移在首端甚至可以引起严重的过电压。对于这类台区,较为经济的治理手段是采用快速响应的自动无功补偿装置。其他治理方法可以更换Yyn型变压器为Dyn-11型变压器,亦可以在变压器出口并联Z型接地变抑制零序电流减小压降。

  3 一次设备故障造成低电压问题

  能引起台区出口低电压的一次设备故障主要包括以下几方面:

  (1)10kV中压线路相间短路

  2017年3月,延庆出现大风天气,延庆四海地区某10kV线路因刮风发生导线搭挂。造成线路故障点以下台区产生低电压情况。

  (2)高压开关类设备故障

  跌落式熔断器是常见的变压器高压开关设备。发生外力、接地或短路故障时,往往会造成变压器缺相运行,导致低压侧低电压情况的出现。类似的情况还有10kV侧隔离开关卡子断裂等情况。如下图所示为一起隔离开关卡子断裂引起的低电压情况。

  (3)绝缘子断裂

  10kV线路发生绝缘子断裂时,相当于某一相经高电阻接地。故障点以下的低压台区可能出现电压摆动的情况。总体表现为变压器出口电压忽高忽低,在某一低电压值与正常值之间摆动。

  (4)变压器瓷头引线虚接

  该类情况属于一种较为少见的情况。一般测量排查会发现变压器低压出口电压往往较低,且较为稳定。但应对附近变压器的低压出口电低压出口压进行测量,排除10kV电压可能较低的情况。

  4 治理案例

  4.1 中轴路柱上变

  4月21日上午11时21分,现场检查人员对中轴路柱上变进行了现场实测,测量结果如下:

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  由现场检查可知,变压器出口B相量测电压异常,因此可以推断为变压器一次系统接线存在虚接导致电压异常。建议对台区进行停电检查一次系统接线后继续监测该台区电压情况。

  4.2 桃园路柱上变压器

  5月6日上午10时25分,现场检查人员对桃园路柱上变进行了现场实测,测量结果如下:

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  根据现场检查可见,变压器出口与表计进线均正常,而表计示值B相电压偏低,因此可以推测为表计进线端接线虚引起的电压异常。

  公司已多次对该表计B相表尾紧接线,治理效果不显著;现场重新制作B相进线接头,重接线后,现场实测和用电信息采集系统召测,均显示B相电压正常。

  4.3 雪山路柱上变

  5月6日上午10时55分,现场检查人员对雪山路柱上变进行了现场实测,测量结果如下:

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  根据现场检查可见,变压器出口电压正常,但表计进线和表计显示电压均偏低,初步分析为变压器到表计之间的引线虚接。

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  公司于下午16:30对该变压器进行停电,更换变压器出口到表计之间的接线,恢复供电后,从用电信息采集系统中召测B相电压正常。

  4.4 北关路柱上变

  5月7日上午10时40分,现场检查人员对北关路柱上变进行了现场实测,测量结果如下:

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  根据现场检查结果可知,北关路柱上变表计进线电压正常但显示不正常,可以推断为表计进线端接线虚引起的电压异常,下午16时,公司计量人员现场紧固端子排接线,紧线后B相电压恢复正常。

  4.5 稻香村柱上变

  5月7日上午12时05分,现场检查人员对稻香村柱上变进行了现场实测,测量结果如下:

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  根据现场检查结果可知,变压器出口电压、表计进线电压均正常(235V左右),表计电压示值显示A相电压正常(232V)、B相电压偏低(198.4V)、C相电压异常(114.9V)。结果表明变压器一次侧电压正常,初步分析为B、C相端子排接线虚引起的电压异常。

  为进一步确定电压异常原因,运维人员进行现场测试。

  (1)排查接线端子排是否存在虚接。稻香村柱上变计量表计接线如图2所示,电压、电流引线经端子排接入计量表计表尾。将电压引线从端子排上拆除直接接入电能表,表计显示三相电压值为A相:232V、B相198V、C相:116V,与接入端子排时电压值基本一致,因此排除端子排虚接。

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  (2)排查表计是否存在异常。将电压引线从台区表计上拆除,接入一台新表,新表与原表为不同表厂,新表显示三相电压为A相:232V、B相194V、C相:110V,与原表数据基本一致,因此排除表计问题。

  (3)排查表计零线接线是否正确。测量表计零线与表箱铁皮的电阻,为3.8Ω,表计零线于表箱铁皮处的电压差为0,将表计零线拔出,表计显示三相电压为0,测量此时表尾电压为A相:232V、B相194V、C相:108V,排除零线接线问题。

  (4)排查表计接线相序是否正确。将接入表计A相和C相的两条接线互换,表计报错,显示为逆相序。此时表计示值A相:113V、B相196V、C相232V,实测表尾电压与此一致,排除表计接线错误。

  现场未查明原因,怀疑为变压器到表计之间的引线存在虚接,不接表计时线路开路,电压正常;接入表计后线路中有负荷,使虚接现象较为明显。建议安排该台区停电,排查变压器到表计之间的引线是否存在问题。

  4.6 垡头村柱上变

  5月8日上午10时34分,现场检查人员对垡头村柱上变进行了现场实测,测量结果如下:

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  由现场检查可见,该台区电压并无“电压异常”现象,但在刚调出关口表数据的时候,A相电压显示为199V,但稍后即恢复正常。从用采系统截取当天A相电压的波形图(图4所示),可看出在10时30分左右,A相电压出现了194V左右的低点,随后电压又恢复至220V左右。

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  检查过程中,工作人员对关口表电源线下端进表处的接线进行紧线工作,关口表示数无明显变化;关口表电源线上端通过一体式CT装置与配变低压磁头联接,初步推断为一体式CT装置内部电源接线虚导致A相电压采集不准确。下一步,应对该台区进行停电,对关口表电压线上端一体式CT装置内部接线进行检查,处理接线后对台区数据做进一步跟踪,观察“电压异常”现象是否消除。

  4.7 海河路柱上变压器

  5月8日上午11时30分,现场检查人员对海河路柱上变进行了现场实测,测量结果如下:

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  由现场检查可见,该台区电压并无“电压异常”现象,A相电压显示为2.7V,但稍后电压恢复正常。从用采系统截取当天A相电压的波形图,可看出在11时30分前,A相电压出现失压现象(约为0V),随后电压又恢复至220V左右。

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  可以判断:该台区三相电压均正常,但由于关口表电源线上端一体式CT装置内部电源接线虚,导致A相电压部分时刻未采集到电压。建议对该台区进行停电,对关口表电压线上端一体式CT装置内部接线进行检查,处理接线后对台区数据做进一步跟踪,观察“电压异常”现象是否消除。

  一体式CT接线结构如图6所示。

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  4.8 现场治理经验总结

  连续几次的现场检查为公司进行低电压治理提供了宝贵经验。现场检查过程中,先对变压器出口进行电压测量,若变压器出口电压正常,则可以排除变压器台区“电压异常”情况;若变压器出口电压一相偏低,则需适时对台区进行停电并检查一次系统接线是否存在虚接;若三相均偏低,需进行分接头调整或检查10kV是否存在电压低的情况。

  若变压器出口电压正常,对比表计进线和表计示数是否正常。若表计进线电压异常,可以判定为变压器到表计间存在引线虚接的问题,需根据现场情况确定虚接的位置,必要时更换变压器到表计间的引线。

  若表计进线电压正常但表计示数异常,可先紧固端子排的表计接线,看表计示数是否可以恢复正常,恢复正常则可以判定为端子排虚接;若电压示数没明显变化,将引线与表计直接连接检查表计示数,正常则需更换端子排,若电压示数仍没有明显改变并恢复正常,则排除端子排因素。随后检查是否存在表计零线虚接、相序接错、关口表损坏或计量错误等因素。若仍无法解决问题,则对变压器到关口表的引线进行排查。

  作者简介

  郝良(1987- ),男,工程师,河北省石家庄人,2013年毕业于河北工业大学电气工程专业,同年进入北京市电力公司工作,次年2月分配至国网北京电科院,从事配电网低压运行分析、配电网电网数据核查等工作。

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