王春萌

（中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)路橋工程有限公司四川分公司，成都 610061）

在電力系統(tǒng)中，電磁式電壓互感器（以下簡(jiǎn)稱為VT）發(fā)生鐵磁諧振是一種常發(fā)性故障，且可能嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，為此廣大電力工作者早已開展了大量的理論研究并提出了多種消諧措施，并研制了多種原理或型式的專用消諧器。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)的分析和實(shí)踐得知，現(xiàn)行的、廣泛應(yīng)用的許多消諧措施和消諧器，其原理都是圍繞改善VT自身參數(shù)進(jìn)行的，都不能從根本上消除VT諧振故障，只能說(shuō)“某種措施在某種情況下有效、而在另一種情況下就可能無(wú)效”[1]。

在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的絕緣監(jiān)視和接地檢測(cè)功能，VT必須應(yīng)用YN，yn0，d11結(jié)線、且一次繞組中性點(diǎn)直接接地[2]，于是形成了L-C諧振電路，如圖1所示。

圖1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)VT電感與系統(tǒng)電容構(gòu)成的諧振電路

雖然在教科書[3-4]中提出應(yīng)用電容式電壓互感器（CVT）替代電磁式VT，可以消除L-C諧振電路，從而避免VT諧振的發(fā)生，但由于當(dāng)前國(guó)內(nèi)尚無(wú)110kV電壓等級(jí)以下的CVT產(chǎn)品，同時(shí)110kV及以上電壓等級(jí)CVT因自身具有中間變壓器和移相電抗器等電感性元件也同樣具有發(fā)生諧振故障的可能[5]，因此經(jīng)過(guò)深入的研究和探討，提出了一種根除VT諧振的技術(shù)措施（僅限于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)），同時(shí)還研究應(yīng)用了采用該VT消諧措施以后電網(wǎng)絕緣監(jiān)視的新技術(shù)。

1 VT消諧技術(shù)的研究

1.1 VT中性點(diǎn)不接地，消除鐵磁諧振

理論和實(shí)踐證明，諸多消諧改進(jìn)措施和現(xiàn)有的消諧裝置都不能根治鐵磁諧振現(xiàn)象的發(fā)生。為能從根本上消除諧振，將6～35kV不接地系統(tǒng)中的電壓互感器中性點(diǎn)不接地（解除VT一次側(cè)中性點(diǎn)接地線），使系統(tǒng)中不存在L-C諧振回路，僅保留VT的計(jì)量、保護(hù)功能，從而使電網(wǎng)零序系統(tǒng)不存在發(fā)生鐵磁諧振的可能，達(dá)到根除VT諧振的目的，如圖2所示。

圖2 VT中性點(diǎn)接地線解除后系統(tǒng)接線原理圖

1.2 電容型絕緣監(jiān)測(cè)技術(shù)

VT中性點(diǎn)不接地解決了VT諧振問(wèn)題，但VT二次側(cè)星接繞組只能提供系統(tǒng)線電壓，不能檢測(cè)相電壓，開口三角繞組也不能檢測(cè)3U0電壓，也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)絕緣監(jiān)測(cè)和接地故障報(bào)警功能。

為實(shí)現(xiàn)這些功能，可采用阻性（R）或容性（C）元件進(jìn)行電網(wǎng)絕緣監(jiān)測(cè)的新方法，利用這些元件的線性特性實(shí)現(xiàn)上述要求。

1）電阻型絕緣監(jiān)測(cè)方案

電阻型絕緣監(jiān)測(cè)方案如圖3所示，在變電站母線上接入一組電阻型分壓元件，利用電阻R1、R2串聯(lián)分壓原理，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)絕緣監(jiān)測(cè)。

圖3 電阻型絕緣監(jiān)測(cè)方案原理圖

2）電容型絕緣監(jiān)測(cè)方案

如圖4所示，電容型絕緣監(jiān)測(cè)方案是根據(jù)電容器的線性伏安特性，通過(guò)檢測(cè)流過(guò)電容器的電流信號(hào)，將該電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，可以方便地讓變電運(yùn)行人員隨時(shí)了解系統(tǒng)三相電壓的變化情況，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了原電壓互感器擔(dān)負(fù)的絕緣監(jiān)測(cè)和向繼電保護(hù)提供系統(tǒng)接地信息的任務(wù)。該方案主要由電容器組1、測(cè)量器件2和4、電壓顯示器3和報(bào)警器5組成；電容器組1采用星形接線接于母線上，其中性點(diǎn)接地，測(cè)量器件2測(cè)量電容器組1的相電流后，由電壓顯示器4顯示系統(tǒng)三相對(duì)地電壓；測(cè)量器件4接于電容器組1的中性線，測(cè)量電容器組1的零序電流，通過(guò)報(bào)警器件5發(fā)出接地報(bào)警信號(hào)。

圖4 電容型絕緣監(jiān)測(cè)方案原理圖

電容器組1的絕緣與系統(tǒng)電壓相適應(yīng)，可為全絕緣或半絕緣方式。其結(jié)構(gòu)可由三臺(tái)單相電容器組合而成或選用三相一體式電容器。

在圖4中電容器組1每相的電容量均為C，其基頻電抗為XC=1/314C。

當(dāng)系統(tǒng)絕緣正常時(shí)，A相、B相、C相對(duì)地電壓即電容器運(yùn)行電壓為系統(tǒng)相電壓，其值為系統(tǒng)線電壓UL的由此可知，通過(guò)電容器的電流IA=IB=IC=UΦ/XC，此電流按比例變換，可使電壓顯示器3顯示UA=UB=UC=UΦ，為正常電壓。

若當(dāng)A相在某點(diǎn)金屬性接地時(shí)，根據(jù)電工原理，此時(shí)A相對(duì)地電壓為零，所以IA將降低為0，電壓顯示器3也顯示A相電壓為AU′=0。而UBO、UCO升高為線電壓UL，所以BI′=CI′=UL/XC，為正常運(yùn)行時(shí)相電流的倍，此時(shí)仍按比例轉(zhuǎn)換，電壓顯示器3則顯示BU′=CU′=UL，這就達(dá)到了與現(xiàn)有絕緣監(jiān)測(cè)裝置技術(shù)同樣的顯示效果：接地相電壓下降為0，正常相電壓較正常值升高倍，由此即可判定接地故障在A相。

報(bào)警功能：當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行正常時(shí)，因三相對(duì)地電壓（即作用于電容器上的電壓）數(shù)值相等、相位互差120°，所以零序電流為0，裝置無(wú)報(bào)警信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地，例如仍為A相在某點(diǎn)接地，根據(jù)電工原理，零序電流值將升高到正常相電流的3倍即3×UΦ/XC，這與現(xiàn)有技術(shù)中反應(yīng)零序電壓變化報(bào)警規(guī)律一致。由此說(shuō)明利用電容器組1的零序電流完全可以達(dá)到接地報(bào)警功能的要求。

3）方案比較

表1 電阻型絕緣監(jiān)測(cè)方案與電容型絕緣監(jiān)測(cè)方案的比較

綜合比較上述兩種絕緣監(jiān)測(cè)方案，由于電阻型絕緣監(jiān)測(cè)方案存在安全隱患等問(wèn)題，故選擇電容型絕緣監(jiān)測(cè)方案進(jìn)行研究和實(shí)施。

2 電容型絕緣監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

我公司有一座35kV降壓變電站，該站35kV、6kV系統(tǒng)均裝有消諧器，但自投運(yùn)以來(lái)，其6kV系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生鐵磁諧振現(xiàn)象，每年更換的VT保險(xiǎn)約150余只。如2010年4月17日至5月8日僅21天時(shí)間，該站就先后出現(xiàn)一個(gè)晚上更換30余只VT保險(xiǎn)的情況，共造成52只熔斷器熔斷、6只6kV系統(tǒng)VT過(guò)熱燒壞故障，消諧器多次報(bào)1/2、1/3分頻諧振信號(hào)。

通過(guò)對(duì)該變電站6kV系統(tǒng)的參數(shù)測(cè)試、分析，計(jì)算了電網(wǎng)絕緣狀態(tài)監(jiān)測(cè)的電容器的容量，對(duì)電容器、高精度電流/電壓傳感器等元器件進(jìn)行選擇、加工、測(cè)試，并確定接線方式等，在該變電站母線電容器柜上組裝一套電容型絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以檢驗(yàn)該方案的實(shí)施效果。

2010年10月28日，電容型絕緣監(jiān)測(cè)技術(shù)在VT諧振頻繁發(fā)生的變電站6kV系統(tǒng)投入使用，至今該站未發(fā)生鐵磁諧振現(xiàn)象。

3 結(jié)論

電容型絕緣監(jiān)測(cè)技術(shù)，采用一組獨(dú)立的三相星形接地電容器組，接于變電站母線與地之間，并分別接入電流互感器，利用電容器的線性伏安特性，通過(guò)電流、電壓轉(zhuǎn)換，測(cè)量電網(wǎng)的相對(duì)地電壓，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)絕緣狀態(tài)監(jiān)測(cè)和接地報(bào)警功能。該技術(shù)改變了電力系統(tǒng)VT傳統(tǒng)接線方式，去掉諧振回路中的電感，取消L-C諧振回路，從根本上杜絕了VT諧振事故的發(fā)生。經(jīng)過(guò)4年的研究和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，系統(tǒng)工作良好、運(yùn)行穩(wěn)定，解決了中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的鐵磁諧振問(wèn)題，提高了電網(wǎng)運(yùn)行可靠性，其經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益顯著。

[1]王亮.10kV系統(tǒng)中鐵磁諧振過(guò)電壓的計(jì)算機(jī)仿真研究[J].高壓電器,2004,40(4):269-271.

[2]賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M].2版.北京:水利電力出版社,1985.

[3]解廣潤(rùn).電力系統(tǒng)過(guò)電壓[M].北京:水利電力出版社,1985.6.

[4]周澤存.高電壓技術(shù)[M].北京:水利電力出版社，1991.6.

[5]李紅斌，劉延冰，葉國(guó)雄，等.電容式電壓互感器鐵磁諧振的數(shù)值仿真[J].高壓電器,2004,40(2),124.