鄒永志

（哈爾濱地鐵集團(tuán)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 10kV~35kV系統(tǒng)電壓互感器的損壞情況

10kV~35kV系統(tǒng)一般被稱為中壓系統(tǒng)，在國內(nèi)電網(wǎng)都采用中性點(diǎn)不接地方式，使用于該接地方式系統(tǒng)中的電壓互感器發(fā)生絕緣故障的機(jī)率相對(duì)較高。為此，分析互感器的故障原因并找到相應(yīng)的解決措施，對(duì)提高設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性是很有意義的。

2 電壓互感器故障原因的分析

通過對(duì)發(fā)生的事故進(jìn)行系統(tǒng)的分析，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)它們有幾點(diǎn)共同的特點(diǎn)：第一，二次回路的保護(hù)熔斷器都完好，說明故障并不是由于PT二次回路的短路引起的；第二，燒損的電壓互感器均出現(xiàn)爆裂，內(nèi)部有流質(zhì)流出，說明內(nèi)部曾出現(xiàn)過熱；第三，從故障錄波圖可以發(fā)現(xiàn)，在事故發(fā)生前夕，都曾出現(xiàn)過過電壓等情況。

在排除了互感器本身存在絕緣缺陷后，基本可以判定出現(xiàn)故障的原因是由于鐵磁諧振過電壓及鐵芯磁飽和過熱導(dǎo)致的。

3 鐵磁諧振過電壓產(chǎn)生的機(jī)理及不利影響

由于10k V、35 kV配電系統(tǒng)大多采用中性點(diǎn)不接地方式運(yùn)行，其線路(尤其是電纜出線)對(duì)地存在分布電容，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行正常時(shí)，各相電壓互感器的感抗相等，中性點(diǎn)電壓等于零。但如果當(dāng)線路因斷線、雷擊或其他原因而產(chǎn)生單相接地故障時(shí)(如A相)，接地相對(duì)地電壓降到接近于零，而非故障相對(duì)地電壓上升 倍，導(dǎo)致嚴(yán)重的中性點(diǎn)位移，中性點(diǎn)對(duì)地電壓升高，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和對(duì)稱性遭到破壞。另一方面由于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式的主要特點(diǎn)是單相接地后，允許維持一定的時(shí)間(一般為2h)，不致于引起用戶斷電。但隨著中壓電網(wǎng)的擴(kuò)大，中壓電網(wǎng)的電容電流也大幅增加，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，其接地點(diǎn)電阻較大且接觸不良，因而在接地點(diǎn)出現(xiàn)瞬燃瞬熄的電弧放電，從而造成電壓瞬高瞬低，同時(shí)引發(fā)電能、磁能的振蕩。

單相接地時(shí)接地電弧不能自動(dòng)熄滅，必然產(chǎn)生弧光過電壓，一般為3～5倍相電壓甚至更高，致使電網(wǎng)中絕緣薄弱的地方放電擊穿，并會(huì)發(fā)展為相間短路造成設(shè)備損壞和停電事故。所以當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，就會(huì)使電源電壓瞬間升高，工作點(diǎn)越過△U-I曲線的最高點(diǎn)達(dá)到a2點(diǎn)，但a2點(diǎn)并不是穩(wěn)定工作點(diǎn)，因?yàn)殡娐分须娏饕坏┢xa2點(diǎn)而增大時(shí)，電源電勢(shì)E便大于△U，使回路電流I繼續(xù)增大，這使帶鐵芯電感更加飽和，L值進(jìn)一步下降，I隨之增加，達(dá)到串聯(lián)諧振點(diǎn)e點(diǎn)，在e點(diǎn)ωL=1/ωC，理論上此時(shí)過電壓將趨于無窮大，隨著電流激增L將繼續(xù)減少，電路就自動(dòng)偏離諧振條件而躍變到新的穩(wěn)定工作點(diǎn)a3為止，此時(shí)，雖然工作點(diǎn)已偏離理論上的諧振工作點(diǎn)e，但這時(shí)電流已經(jīng)很大，UL2、Uc2都很高，所以我們說電路仍處于諧振狀態(tài)。此時(shí)由于UL2

通過以上對(duì)串聯(lián)鐵磁諧振電路的分析，我們就能夠明白，當(dāng)線路發(fā)生單相接地時(shí)，兩相電壓瞬時(shí)升高，三相鐵芯受到不同的激勵(lì)而呈現(xiàn)不同程度的飽和，電壓互感器的各相感抗發(fā)生變化，各相電感值不相同，中性點(diǎn)位移產(chǎn)生零序電壓。出于線路電流持續(xù)增大，導(dǎo)致電壓互感器鐵芯逐漸磁飽和，其電感迅速減小，當(dāng)電感降到滿足ωL=l/ωC時(shí)，即具備諧振條件，從而產(chǎn)生諧振過電壓。在發(fā)生諧振時(shí)，電壓豆感器一次勵(lì)磁電流急劇增大，使高壓熔絲熔斷。如來電流尚未達(dá)到熔絲的熔斷值，但超過了電m互感器額定電流，長時(shí)間處于過電流狀況下運(yùn)行，必然造成電壓互感器燒損。

4 各種應(yīng)對(duì)措施分析

為解決由于鐵磁諧振而導(dǎo)致電壓互器絕緣故障，通常采用以下方法之一或幾種：系統(tǒng)中性點(diǎn)裝設(shè)消弧線圈；采用自動(dòng)調(diào)諧原理的接地補(bǔ)償裝置；在母線上接入一定大小的電容器，使容抗(Xc)與感抗(XL)的比值小于 0.01；選擇勵(lì)磁特性好的電壓互感器或改用電容式電壓互感器；在電壓互感器中性點(diǎn)經(jīng)消諧器和小電阻接地；在電壓互感器二次開口三角處接入阻尼電阻或分頻消諧裝置。

其中第1～3條措施是通過改變系統(tǒng)參數(shù)，使其不符合諧振條件，以達(dá)到減少諧振概率的目的。實(shí)踐證明，這些措施是行之有效的。但由于這些措施涉及面比較廣，成本也相對(duì)較大，在實(shí)際操作中，經(jīng)常采用第5～6條措施來解決這一問題。下面我們對(duì)這些措施進(jìn)行一下分析：

4.1 在電壓互感器中性點(diǎn)經(jīng)消諧器和小電阻接地

中性點(diǎn)串入的電阻等價(jià)于每相對(duì)地接入電阻，能夠起到消耗能量、阻尼和抑制諧波的作用。在線路單相接地時(shí)，由于中性點(diǎn)對(duì)地帶有一定電位，故能相應(yīng)減少非故障相PT繞組的電壓，使PT的飽和程度降低，不至于發(fā)生鐵磁諧振。但是電阻的接入使PT開口三角繞組輸出電壓相應(yīng)降低，會(huì)影響接地指示裝 置的靈敏性。除了要考慮R≥6%Xm外，還要考慮電阻的熱容量。當(dāng)直接采用線性電阻時(shí)往往由于電阻元件的容量及絕緣水平選擇不當(dāng)，使引線燒斷，電阻燒毀，沿面閃絡(luò)等。

若采用RXO一10型消諧器，其內(nèi)部由SiC非線性電阻片與線性電阻(6～7kΩ)串接，在低壓時(shí)呈高阻值，使諧振在初始階段不易發(fā)展起來。在線路出現(xiàn)較長時(shí)間單相接地時(shí)，消諧器上將出現(xiàn)千余伏電壓，電阻下降至稍大于6～7 kΩ，使其不至于影響接地指示裝置的靈敏度，同時(shí)非線性電阻片的熱容量相當(dāng)大，可滿足放電電流的要求。

4.2 PT開口三角繞組接電阻或分頻消諧裝置

PT開口三角形繞組接電阻或分頻消諧裝置，由于電阻接在開口三角繞組兩端，必然會(huì)導(dǎo)致一次側(cè)電流增大，也就是說PT的容量要相應(yīng)增大。從抑制諧波方面考慮，R值越小，效果越顯著，但PT的過載現(xiàn)象越嚴(yán)重，在諧振或單相接地時(shí)間過長時(shí)甚至?xí)?dǎo)致保險(xiǎn)絲熔斷或PT燒毀(有些工程直接選用220 V、500w的白熾燈作電阻用，其作用是當(dāng)燈泡在冷態(tài)即諧振剛發(fā)生時(shí)阻值較小，而當(dāng)單相穩(wěn)態(tài)接地時(shí)，阻值變大以免PT過載)。

可控硅分頻消諧裝置是一種能自動(dòng)判斷單相接地故障和鐵磁諧振的二次消諧裝置。在電網(wǎng)出現(xiàn)雷電過電壓或操作過電壓時(shí)，該裝置內(nèi)的VSO端電壓和觸發(fā)脈沖反相，VSO不能導(dǎo)通。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，VSO雖有工頻電壓但無觸發(fā)脈沖，仍不能導(dǎo)通。僅當(dāng)電網(wǎng)中發(fā)生分頻鐵磁諧振時(shí)，VSO才會(huì)導(dǎo)通，三角繞組被短接，鐵磁諧振在強(qiáng)烈的阻尼作用下迅速消失，當(dāng)諧振消失后，VSO恢復(fù)到阻斷狀態(tài)。

在實(shí)際運(yùn)行中,上述兩種裝置仍不能有效避免諧振的發(fā)生及保險(xiǎn)絲熔斷。經(jīng)分析均是由于鐵磁性諧振引起的，但是該方案中均配置了分頻消諧裝置。在諧振發(fā)生或線路單相接地時(shí)PT一次側(cè)電流顯著增大及因本身元件故障而失去消諧作用是上述兩種裝置的主要缺陷。

通過多次試驗(yàn)和使用，我們發(fā)現(xiàn)用勵(lì)磁特性好的電壓互感器或改用電容式電壓互感器、在電壓互感器中性點(diǎn)經(jīng)消諧器和小電阻接地、在電壓互感器二次開口三角處接入阻尼電阻或分頻消諧裝置等三種措施，對(duì)于抑制或消除電壓互感器的鐵磁諧振都存在較大的局限性，效果并不是很理想，因此迫切需要找到一種相對(duì)完善的解決方案。

通過多次試驗(yàn)和論證，我們發(fā)現(xiàn)在PT中性點(diǎn)串單相PT的方案效果比較好。

5 結(jié)論

通過前面的分析，我們可以十分清楚地知道，采用在中性點(diǎn)串單相PT這種裝置，在線路單相接地時(shí)能夠使PT各相繞組電壓均能保持在正常相電壓附近而不會(huì)飽和，從而很好地抑制鐵磁諧振，降低 PT一次側(cè)電流，同時(shí)亦保持了接地指示裝置對(duì)零序電壓幅值和相位的靈敏感，其優(yōu)點(diǎn)相當(dāng)突出。

[1]DL/T 620-1997 交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合

[2]10kv電壓互感器單相接地與諧振的區(qū)別 四川安岳縣供電局楊體