10kV系統(tǒng)的電壓諧波分析

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，及接地變一側的滅弧線圈等原因，而造成的錯誤測試結果，進行了分析，并針對這種現象提出改進的測試方法。 1、前言 由于生產發(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的電網，配網電能質量，（電壓諧波占有率）進行了一次普測、普查。 由于10kV配網系統(tǒng)采用了小電流接地的運行方式，10kV配網的電壓互感器接線方式如圖1所示。在PT的一次側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成，在正常運行方式下，無電流通過此電阻。一次側中心點與地等電位。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，與之相應的測試設備的接線方式是“Y”型接法。若取線電壓為取樣信號。測試設備需按“”接法，結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。 在普查進程中，我們發(fā)現有6座110kV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Kn1.621.280.720.180.080注：n為諧波次數 3*Un*n*InHRVn=_ （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.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?0kV母線上的三次諧波總電流（I3）僅有9-11安左右。經計算后，10kV側的三次諧波含量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%。遠小于測量數據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，要推算相鄰對應的諧波電壓值時，可引入“諧波電壓滲透系數”的概念去推算相鄰點的某等級諧波電壓畸變率。 由如圖2所示降壓變壓器，由變壓器T1供給負荷F。功率因數補償的電容器組C0上串聯，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A的第n次諧波電壓UAn（%）,利用等值電路與負荷側B的諧波電壓UBn（%）關系為： UBn = Kun * UAn 式中：Kun為諧波電壓滲透系數 ZcnZfn Kun = | | ZcnZfn+ZTn式中：Zcn = j ( Xln - Xcn );ZTn = RTn+jXTn式中符號為并聯符號。 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。 切除補償電容器組 不計變壓器損耗。 系統(tǒng)滿足RfnXfn。 負荷側無大型沖擊性負載。 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。 驗經數據如下，當n7，也趨近向1趨近。 仍以虎踞變?yōu)槔?#(796),莫虎1#(798)兩條110kV進線。電壓總失諧率為0.91-1.2%，根據電壓滲透原理，10kV的電壓總畸變率應為： 0.91%-1.2%*（1.05%-1.17%）=0.96%-1.4%的范圍之內，也遠小于現場所測的6.1%-8.1%范圍。 3、現場測量： 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，PT上取樣的相電壓測試數據是一個錯誤結論。而電磁式電壓互感器頻率響應在50Hz-1500Hz范圍內，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的消諧電阻，將10kVPT的中心點直接接地，此種工況下，應是10KV母線電壓的真實電壓諧波值。測試結果如表2所示。工況電壓測試表2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UaUbUcUaUbUcUaUbUcUaUbUc10kV段%1.61.81.30.91.00.78.26.17.67.45.77.110kV段%2.52.41.71.11.30.96.45.06.66.35.05.6注：表中是相電壓的總失諧率數值 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，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果較接近。 由電能質量分析儀(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。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。 圖4 改進測試方法： 如圖5所示，為滿足國標取相電壓要求，測試設備仍按“Y”型接法，但N點不接地。Uo對地有一電壓，電壓是由三相另序和諧波電壓（主要是3次造成）。 Uo是一次側的中心點，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，測得的一組數據，與將消諧電阻接入電網系統(tǒng)，測試設備中心點懸浮，投、切補償電容器組，所得的數據列入表3所示。 表3消諧電阻短接測得設備中心點接地消諧電阻接入系統(tǒng)測量設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UaUbUcUaUbUcUaUbUcUaUbUc10kV段%1.892.261.610.871.170.731.571.941.270.91.270.7510kV段%2.092.471.630.991.490.92.241.981.631.001.511.03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，采用測試設備中心點懸浮方法所測得的數據，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，要求測試設備電壓信號通道必須隔離并且相互獨立，無內在電氣連接點。經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備、空調直流浮充等負荷，用所用變測的電壓諧波結果會略高于PT二次側所得測試結果，若不僅不高反而低，而且低的很多，則可認為此