福建龍海市供電有限公司 吳文能

110 kV少油開關(guān)與電壓互感器鐵磁諧振原因分析及解決方案

福建龍海市供電有限公司 吳文能

一、鐵磁諧振

鐵磁諧振是由鐵芯電感元件（如變壓器、電壓互感器、電抗器、消弧線圈等）與系統(tǒng)的電容元件（如輸電線路、電容補(bǔ)償器等）形成共諧條件，激發(fā)持續(xù)的鐵磁諧振，使系統(tǒng)產(chǎn)生諧振過電壓。

電力系統(tǒng)的鐵磁諧振主要可分兩大類：一類是在66 kV及以下中性點(diǎn)絕緣的電網(wǎng)中，由于對(duì)地容抗與電磁式電壓互感器勵(lì)磁感抗的不利組合，在系統(tǒng)電壓大擾動(dòng)（如遭雷擊、單相接地故障消失過程以及開關(guān)操作等）作用下而激發(fā)產(chǎn)生的鐵磁諧振現(xiàn)象；另一類是發(fā)生在220 kV（或110 kV）變電站空載母線上，當(dāng)用220 kV、110 kV帶斷口均壓電容的主開關(guān)或母聯(lián)開關(guān)對(duì)帶電磁式電壓互感器的空母線充電過程中，或切除（含保護(hù)整組傳動(dòng)聯(lián)跳）帶有電磁式電壓互感器的空母線時(shí)，操作暫態(tài)過程使連接在空母線上的電磁式電壓互感器組中的一相、兩相或三相激發(fā)產(chǎn)生的鐵磁諧振現(xiàn)象，即串聯(lián)諧振。簡(jiǎn)單地講就是由高壓斷路器電容與母線電壓互感器的電感耦合產(chǎn)生諧振，由于諧振波僅局限于變電站空載母線范圍內(nèi)，也被稱為變電站空母線諧振。本文所提變電站出現(xiàn)的鐵磁諧振就屬于空母線諧振。

二、某變電站110 kV母線鐵磁諧振產(chǎn)生的原因

1. 某110 kV變電站鐵磁諧振產(chǎn)生時(shí)設(shè)備條件。進(jìn)行倒閘操作時(shí)，斷路器隔離開關(guān)與母線相連，引發(fā)斷路器均壓電容與母線上電磁式互感器耦合滿足諧振條件。該變電站110 kV少油開關(guān)斷口并聯(lián)電容器為1 800 pF，電壓互感器型號(hào)為JCC6-110的電磁式互感器。一次設(shè)備電氣接線如圖1所示，母線系統(tǒng)等值電路如圖2所示。

圖1 一次設(shè)備接線

圖2 母線系統(tǒng)等值電路

2. 某變電站鐵磁諧振產(chǎn)生的原因分析。根據(jù)變電站設(shè)備運(yùn)行情況看，鐵磁諧振時(shí)設(shè)備的等效電路為簡(jiǎn)單的R、C 和鐵芯電感L電路。

在簡(jiǎn)單的R、C 和鐵芯電感L電路中，假設(shè)在正常運(yùn)行條件下，其初始狀態(tài)是感抗大于容抗，即ωL ＞ （1/ωC），此時(shí)不具備線性諧振條件，回路保持穩(wěn)定狀態(tài)。但當(dāng)母線運(yùn)行方式發(fā)生改變時(shí)，母線系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，當(dāng)母線感抗與容抗接近或相等時(shí)，即ωL≈ 1/ωC時(shí)，即滿足了串聯(lián)諧振條件，在電感和電容兩端便形成過電壓，回路電流的相位和幅值突變，發(fā)生電磁諧振現(xiàn)象。諧振一旦形成，諧振狀態(tài)可能“自保持”，維持很長(zhǎng)時(shí)間而不衰減，直到遇到新的干擾或系統(tǒng)參數(shù)變化，改變其諧振條件，才可能消除。

某變電站110 kV設(shè)備為內(nèi)橋接線，根據(jù)變電站的運(yùn)行情況看，只要出現(xiàn)110 kV少油開關(guān)為熱備用，主變?yōu)槔鋫溆?，電壓互感器為運(yùn)行狀態(tài)，就會(huì)串聯(lián)諧振。即在此運(yùn)行狀態(tài)下，少油開關(guān)均壓電容與電壓互感器形成了串聯(lián)諧振。在發(fā)生諧振時(shí)，電壓互感器一次勵(lì)磁電流急劇增大，電壓互感器長(zhǎng)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。

三、常用的消諧方法

一般來講，消諧應(yīng)從兩方面著手，即改變電感電容參數(shù)以破壞諧振條件和過吸收與消耗諧振能量以抑制諧振的產(chǎn)生，或使其受阻而消失。根據(jù)該變電站設(shè)備情況，可選擇以下兩種方法進(jìn)行消諧。

1. 改用電容式電壓互感器（CVT），從根本上消除產(chǎn)生諧振的條件，但是電容式電壓互感器價(jià)格高、帶負(fù)載能力差。

2. 從運(yùn)行操作方面去防止諧振的發(fā)生。注意倒閘操作中的操作步驟：先拉母線電壓互感器，以切斷電感L，再拉母聯(lián)斷路器；送電時(shí)順序相反。如220 kV、110 kV帶斷口均壓電容的主開關(guān)或母聯(lián)開關(guān)對(duì)帶電磁式電壓互感器的空母線充電時(shí)，為防止合上兩側(cè)刀閘后因斷開電容的耦合作用有可能與空母線電磁式電壓互感器產(chǎn)生串聯(lián)諧振，應(yīng)先合上開關(guān)，后合電壓互感器刀閘。運(yùn)行中注意監(jiān)視備用母線的情況，發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)進(jìn)行處理。如，在系統(tǒng)運(yùn)行方式和倒閘操作過程中出現(xiàn)了開關(guān)斷口電容與空母線電磁式PT造成的串聯(lián)諧振，不管是合開關(guān)時(shí)出現(xiàn)的諧振過電壓，還是拉開關(guān)后出現(xiàn)的諧振過電壓，最直接有效的辦法是迅速拉開或合上主開關(guān)或母聯(lián)開關(guān)。如上述措施無法實(shí)現(xiàn)時(shí)，應(yīng)迅速匯報(bào)調(diào)度，合上備用線路開關(guān)，改變系統(tǒng)參數(shù)。由于諧振時(shí)電壓互感器一次繞組電流很大，應(yīng)禁止用刀閘切除電壓互感器的方法來消除諧振。

根據(jù)該變電站鐵磁諧振發(fā)生的具體情況，在I期設(shè)備投運(yùn)初期，采用在操作順序上來避免諧振的發(fā)生，但為了防止人為疏忽，徹底解決諧振的發(fā)生，該變電站根據(jù)諧振產(chǎn)生的原因，于2005年由檢修部門將電磁式電壓互感器更換為電容式電壓互感器（型號(hào)TYD110/√3-0.02H 110 000/√3/100/√3 / 100 V ；高壓電容C10.02919 μF ；中壓電容 C20.06351 μF），改變回路參數(shù)，從而徹底解決了諧振的發(fā)生，確保了設(shè)備的可靠運(yùn)行，現(xiàn)相關(guān)設(shè)備運(yùn)行正常。

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