输电线路中电容引起的电压不平衡原因分析

谭北海、邝启皓、张伟培、缪新平、陈天赐、金致祥、陈永泽、吴晓东

中国能源建设集团广东火电工程有限公司 邮编 510730

摘要：在电力系统运行过程中，偶尔会出现实际值与额定值之间出现数值差的情况，这种现象被称为电压偏移。当偏移量大于可接受的误差范围后就需要对产生偏移的原因进行分析研究。本文就大湾区中通道直流背靠背工程110kV 粤中站启动方案执行过程中产生的某相电压偏低，其余两相电压偏高的异常情况进行了理论分析，然后根据实际情况提出了一定的处理建议及方案，该方案已在110kV粤中站成功应用，并对未来出现此类情况的分析提供了有价值的参考。

关键字：电压偏移；容性电流；电能质量

1 引言

电力工业是基础工业，在国家的建设与发展中占据着极其重要的地位。而电能作为国家经济发展的基础，保障其安全、稳定的发展是十分重要的。在电能输送的过程中，电能质量与电力工业发展以及国民经济效益息息相关，过于低劣的电能质量将会极大程度地影响电力系统的稳定运行，甚至可能危害到一些相关工作人员的人身安全。因此，良好的电能质量对于电网运行、电气设备以及工业生产都有着重要意义。其中，三相电压不平衡是电能质量的一个重要指标，本文就某变电站启动过程中出现的三相电压不平衡超出可接受范围的情况结合实际进行了原因分析，并提出了处理建议与解决方案，最终该方案成功解决了本站出现的电压不平衡问题，并对未来此类问题的分析提供了可靠的参考。

1.1电气接线说明

以下为110kV 粤中站启动过程中，从500kV增城站#3变压器的35kV母线通过约300m长的电缆连接至110kV 粤中站35kV的配电装置的电气接线图

图1.1 500kV 增城站至110kV 粤中站连接部分电气接线图

本期启动系统为35kV不接地系统，35kV输电线路电缆参数为：

型号：交联聚乙烯绝缘电缆ZA-YJV62 1*185mm²

长度：300米左右；

1.2电压不平衡现象描述

对110kV 粤中站35kV线路空充后出现了A相电压偏低的现象，具体测量结果如下：

表1.1 实际电压测量结果

在500kV增城站未接入110kV粤中站35kV线路时，#3变压器低压侧每相电压正常均约为19.9kV，与110kV粤中站电缆连接后，由测量结果可知，低压侧A相相电压降低至18.7kV，B、C相相电压升高至约21kV。

2 原因分析

2.1电缆及线路TYD参数

根据厂家资料，35kV单相电缆的单位电容为0.161μF/km，单相电缆电容值约为0.048μF，TYD电容值为0.01μF，TYD电容值与线路本身对地电容值是同一数量级；施工单位实测35kV单相电缆电容值为0.053μF，单个TYD与35kV单相电缆并联后的实测电容值为0.064μF；与厂家提供值接近。

2.2三相电压不平衡现象原因分析

测试结果显示，线路电压、母线电压A线均偏低至18.7kV左右，结合B站侧二次核相结果也出现相同现象，因此排除线路TYD变比误差因素的影响。

（1）

式中， 为电缆长度，r、R为电缆内外极板半径， 为电介质介电系数， （ =8.85*10

^-12F/m为真空介电系数； 为电介质的相对介电系数）

本期启动系统为35kV不接地系统，考虑本次启动的线路总长300米左右，由式（1），三相电缆长度一致，理论上电缆自身对地电容一样。而空充电缆时，A相比B、C两相多出两个线路TYD（35kV线路电容式PT参数：型号TYD35/√3-0.02W3，电容值：9.68nF），由于35kV电缆较短，对地电容值较小，因此考虑到A相电压降低可能是由于电缆充电过程中A相对地电容与B、C相相比偏大，导致中性点电压发生偏移。向量图分析如下：

图2.1 向量分析图

启动过程中的等值电路如下：

图2.2 启动过程简化电路图

由以上可以分析得出：由于空载时A相比B、C两相多出两个线路TYD，导致A相对地电容值偏大，中性点N向A相偏移。结果使得A相电压偏小，B、C相电压同步偏大。现场测量的结果与理论计算结果基本一致。综合电缆绝缘、耐压试验结果、避雷器直流泄露电流、绝缘均合格，由此可见出现35kV线路A相电压偏低的现象是由A相与B、C相相比电容值偏大引起的。

3 结果及处理方法分析

3.1线路单相TYD作用分析

对于500kV增城站，35kV线路单相TYD的作用有以下两点：

1）用于监控同期和保护重合闸的检同期

2）用于出线地刀的联锁回路检无压

由于500kV增城站到110kV粤中站为电缆线路连接，且线路长度仅为300m，可以退出线路保护的重合闸；而35kV线路可不用到线路电压检同期，所以作为检同期电压可以取消。

根据500kV增城站系统运行方式，当#2站用变35kV变低开关合上时，10kVⅠ-Ⅱ母分段和Ⅱ-Ⅲ母分段需要打开；当Ⅰ-Ⅱ母、Ⅱ-Ⅲ母分段合上，由#2站用变带全站负载时，#1站用变电源进线和#3站用变电源进线开关均打开，不会有电源通过35kV线路反送到500kV增城站。当500kV增城站侧隔离开关打开时，线路无压，理论上不需要再对地刀进行检无压操作。因此可以退出500kV增城站侧该线路TYD。

图3.1 35kV及10kV接线简图

对于110kV粤中站，线路TYD的作用是出线地刀检无压，因500kV增城站与110kV粤中站之间还未做电气联锁回路，为确保安全还是需要出现TYD电压接入联锁回路。图3.1为35kV及10kV接线简图。

3.2带空载/负载变压器情况分析

理论上当110kV粤中站系统带上负荷后系统阻性、感性负荷均会增加，对容性电流所引起的电压电压超前现象会有平衡作用，由对地电容不平衡引起的电压不平衡现象将会有显著改善。

在交流回路中， （2）

式中， 为容抗， 为频率，C为电容

（3）

式中，U为相电压， 为电容电流

根据式（2）、式（3）计算A相容性电流值：

B、C相容性电流值：

110kV粤中站站内变压器单相电感值为172.3H，空载电流约为0.3697A，根据变压器厂家计算值，其中感性分量约为0.284A，电阻性分量为0.234A，因此投入空载变压器后35kV线路上B、C相电容电流与变压器的感性电流将基本相互抵消，三项均存在阻性电流，电压不平衡情况会有所改善；当变压器带上负载后，35kV线路电流将进一步增大，由于电容引起的电压偏移现象将会显著减小。

投入空载变压器的简化电路图如下：

图3.2 投入空载变压器简化电路

4 结论

根据计算与分析，本站选择取消500kV增城站侧该线路TYD，并且为确保安全，在110kV粤中站先不投入变压器，而是引入一台适合本站的电容器组进行带负荷测试，测试后再投入变压器。电容器组投入后，110kV粤中站电压偏低情况有所改善；然后投入站用变压器，最终成功改善电压不平衡的问题。

通过分析，当确认出现的电压不平衡情况确由电容引起时，首先应分析电容作用，判断是否可拆卸。若不可以，可按照原本流程继续投入变压器。当变压器带上负载后，线路电流增大，由电容引起的电压不平衡情况将显著减小；若通过分析无法得出电压不平衡现象完全由电容引起，可临时取消影响电容差的因素，以进一步确认引起电压不平衡的原因。

参考文献

[1]储卓皓.配网三相电压不平衡分析与处理[J].江苏电机工程,2010,29(06):42-44.

[2]陈子辉,吴智影,刘贺,陈德.电压偏差及三相不平衡对电缆线路损耗的影响[J].广东电力,2020,33(05):125-132.

[3]师亮云,赵晓晅.线路电压互感器引起的母线电压不平衡分析[J].电网与清洁能源,2010,26(11):82-84+89.

[4]万鹏,赵立文.浅析中性点不接地系统电压不平衡的一些问题[J].广东科技,2009,18(14):150-151.