（广东电网有限责任公司韶关供电局 广东韶关 512000）
摘要：针对某110kV变电站10kV母线电压互感器电压波形异常问题，本文根据问题的实际情况进行原因排查，采用电能质量分析方法，从谐波的角度进行分析，通过谐波测试结果的比对，最终得出导致电压畸变问题的原因，并提出相应的解决建议。
关键词：电压波形；电压畸变；谐波；电能质量
引言：
在理想的情况下，电压波形是恒定频率和恒定波形的正弦波形。而在实际中，当电力系统运行时产生了谐波，电压波形不再保持理想的正弦变化波形，这个时候就产生了电压畸变问题。因此，想要找出导致电压畸变的原因，就必须从谐波产生的途径入手。通过对谐波进行测试，对比分析测试结果，从而找到电压畸变的根源，才能对症下药。
1 电网谐波的产生
电网谐波主要由发电设备、输配电设备以及电力系统非线性负载等三个方面引起。
1.1 发电设备产生的谐波
电网中的发电设备主要是发电机，发电机的三相绕组在制作上很难做到绝对对称，由于制作工艺影响，其铁心也很难做到绝对的均匀一致，加上发电机的稳定性等其他一些原因，会产生一些谐波，但一般来说相对较少。
1.2 输配电设备产生的谐波
配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。
1.3 非线性负载产生的谐波
由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变产生谐波，主要非线性负载有UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。
2 某110kV变电站10kV母线电压互感器电压波形异常分析
根据谐波产生的原因的分析，现针对某110kV变电站10kV母线电压互感器（简称PT）电压波形异常这一问题进行分析。导致该变电站10kV母线电压互感器电压波形畸变的原因可能是以下几个方面：
2.1 非线性负载导致的电压波形畸变
某110kV变电站负荷最大的供电线路为某110kV专线线路，该线路的用户是一个风电发电站。从风力发电的主要设备来看，风力发电要通过逆变装置的转换，才能并入公共电网，然而，逆变器装置会给电网带来电力谐波，使功率因素恶化、电压波形畸变和增加电磁干扰等问题。
2.2 电压互感器故障导致的电压波形畸变
电压互感器实质是一个带铁心的变压器，主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成。电压互感器绝缘性能降低，接地不良，分压器损坏等原因都有可能导致故障发生，一旦电压互感器无法正常工作，也会导致二次测电压波形的异常。
2.3 电压互感器二次侧负载故障导致的电压波形畸变
作为变换电压的仪器，电压互感器变换电压的目的，主要是用来给测量仪表、计量仪表、和继电保护装置和自动装置供电，用来测量线路的电压、功率和电能，或者用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压器。电压互感器相当于一个内阻极小的电压源，在正常情况下，电压互感器的二次负载是计量表计的电压线圈和继电保护及自动装置的电压线圈，其阻抗很大，工作电流很小，相当于变压器空载运行，因此电压互感器的容量很小，一般都只有几伏安、几十伏安，最大也不超过一千伏安，多数情况下电压互感器二次侧的负荷是恒定的。当二次侧负载有缺陷或者发生故障，都有可能导致电压互感器电压波形畸变。
3 通过谐波测试分析电压互感器电压畸变的原因
某110kV变电站10kV母线电压互感器电压波形异常，归根结底是谐波问题，可以通过电能质量分析方法，测量各个可能导致该变电站电压波形异常的点的谐波，通过分析测量结果的比对，找出原因。
3.1 110kV专线线路（风电变电站）、10kV母线谐波测试
首先分别对该110kV变电站110kV专线线路（风电变电站）以及10kV母线进行谐波测试，测试结果如下图1、图2：
通过图4可以发现，断开电压互感器所有二次负载时，电压波形是正常的正弦波形；分别断开保护二次负载（图5）和计量二次负载（图6）时，电压波形都有一定程度的畸变出现；随着负载的增加，电压波形畸变越来越严重，当电压互感器正常运行（二次侧正常负载）时，电压波形畸变最为严重。其中5次谐波含有率（最明显的谐波）分别为0.99（二次负载都投入时），0.72（只投入计量回路），0.77（只投入继电保护回路），0.56（断开所有二次负载时）。
根据以上分析，可以初步判断为电压互感器本身存在问题，导致在有负载的情况下（正常负载）二次电压波形出现明显畸变。
针对上述情况，继续对该110kV变电站10kV母线电压互感器进行停电试验检查，检查项目包括绝缘电阻及励磁特性，以及在不同负载下，电压互感器的电压准确度及对电压波形的畸变影响。经过停电检查，试验结果可以确定10kV母线电压互感器是正常的，也就是说，电压互感器本身的问题并非引起电压波形畸变的原因。
4 从二次公共回路及二次负载分析电压畸变问题
经过测试比对和停电试验检查，先后排除了专线用户和电压互感器本身故障导致10kV母线电压互感器电压波形畸变的可能性。在对二次负载投切进行谐波测试的过程中，当二次测侧不带负载时，电压互感器的二次电压波形恢复正常，而只要带了二次负载，不论是只投入继电保护负载、只投入计量负载还是正常负载三种情况下，电压波形都有畸变出现。从而得出两种可能性：
一是公共电压回路故障，导致只要有负载时就会有波形畸变；
二是继电保护回路、计量回路都有故障。
4.1 公共电压回路故障排查方法
电压互感器二次测电压引入主控室的路径为：
二次电压→低压断路器或熔断器→隔离开关辅助接点（控制电压切换中间继电器）→隔离开关重动继电器接点→公用设备屏→各分路保护屏及其他自动装置。
根据上述路径，隔离开关辅助接点是用来控制电压切换中间继电器的，通过触点实现电压回路的自动切换，继电保护、测量、计量都有自动切换功能。为了有利于减小设备异常时影响范围，便于运行人员判断问题和应急处理，切换回路、切换电源必须相互独立。
继电保护人员逐级断开二次回路查找便可找到电压互感器二次侧电压公共回路故障。
4.2 继电保护回路、计量回路故障排查方法
和公共电压回路排查方法类似，通过逐一排除故障方式别对继电保护回路和计量回路的元器件、插件、接线端子进行故障查找。
4.3 排查结果及解决方法
通过故障排查方法，最终发现是二次侧公共电压回路的切换继电器的原因，导致电压波形的异常，经过更换继电器，电压波形已经恢复正常。
5 结束语
当10kV母线电压互感器二次电压波形异常的情况时，可以从大负荷用户、电压互感器本身、二次侧回路和二次负载四个方向进行分析、测试和排查，找到故障点并及时处理，使电压恢复正常，保证电网的安全稳定运行。为了尽量避免今后发生类似的故障，带来不必要或是更严重的危害，应该定期检查线路以及二次回路，检查要顾及到每一个细节，清楚各个元器件的寿命、型号以及准确度等级，尤其是经常发生故障的元器件和回路，详细记录使用情况，并做好故障分析以及应急措施。在保证电压稳定的基础上，才能保证电力系统的安全稳定运行。
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论文作者:陈佳佳
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/13
标签：电压论文; 电压互感器论文; 波形论文; 谐波论文; 畸变论文; 负载论文; 回路论文; 《电力设备》2017年第31期论文;