余新江

(國網(wǎng)浙江建德市供電公司，浙江杭州 311600）

10 k V系統(tǒng)諧振事故分析

余新江

(國網(wǎng)浙江建德市供電公司，浙江杭州 311600）

針對110 k V變電站10 k V母線所屬外部線路發(fā)生單相接地故障引起系統(tǒng)諧振，分析了10 k V設(shè)備保護(hù)動作情況，電壓互感器發(fā)生過電壓B相擊穿導(dǎo)致高壓熔絲熔斷、部分配網(wǎng)設(shè)施過壓擊穿情況，同時對諧振發(fā)生的不同階段的各種因素進(jìn)行了探討，采取針對性措施抑制系統(tǒng)諧振，提高故障處理速度，確保10 k V系統(tǒng)供電可靠性。

10 k V系統(tǒng)；諧振；過電壓

0 引言

110 k V變電站一次系統(tǒng)正常運行方式下，10 k V母分開關(guān)熱備用，10 k VⅠ、Ⅱ段母線分列運行。

1 故障情況分析

本次故障從時間先后順序上可以分為4個階段。

(1）第一階段:10 k VⅠ段母線所屬外部線路單相接地故障引起系統(tǒng)第一次諧振，后果為10 k V 1#、10 k V 2#電容器過壓動作，10 k VⅠ號壓變B相被擊穿，部分配網(wǎng)設(shè)施過壓擊穿。該階段情況大致如下:

1）10 k VⅠ段母線接地動作，進(jìn)而相電壓、線電壓異常。監(jiān)控系統(tǒng)報告如表1所示(由于電壓幅值超過預(yù)置門檻，部分電壓數(shù)值顯示為負(fù)）。

2）小電流接地選線裝置情況如表2所示(由于小電流選線裝置不與GPRS對時，因此時間有偏差。經(jīng)過比對，小電流選線裝置時間比GPRS約快4 min）。

3）分析:此次諧振先是高頻諧振，后來為基頻諧振。高頻諧振對10 k V電壓互感器和外部配網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生了第一波沖擊，之后的基頻諧振加劇了這種情況。

表2 小電流選線裝置情況

(2）第二階段:拉路選線確定故障線路(即10 k VⅠ段母線和10 k VⅡ段母線并列，利用10 k VⅡ號壓變來判斷），完成故障巡線后進(jìn)行線路試送期間發(fā)生第二次諧振。后果為10 k V 1#、10 k V 2#、10 k V 3#、10 k V 4#電容器過壓動作，10 k VⅡ號壓變?nèi)劢z熔斷，部分配網(wǎng)設(shè)施過壓擊穿。該階段情況大致如下:

1）10 k VⅡ段母線接地動作，進(jìn)而相電壓、線電壓異常。監(jiān)控系統(tǒng)報告10 k VⅠ段母線線電壓幅值(bc）越正常上限14.757 V。

2）小電流接地選線裝置報告諧振情況:3U0=154.2 V，頻率=49.7 Hz。

3）本次諧振為基頻諧振。原先10 k VⅡ母所屬10 k V線路并無故障，經(jīng)過這次諧振沖擊，至少引起了10 k VⅡ母上線路設(shè)備擊穿故障，故障范圍擴(kuò)大。

(3）第三階段:依次對10 k VⅠ母所屬線路和10 k VⅡ母所屬線路進(jìn)行拉路，并找出10 k VⅡ母上的故障線路且進(jìn)行隔離后，10 k VⅠ母所屬線路重新并入10 kVⅡ母運行時(查找10 k VⅡ母所屬線路時，10 k VⅠ母和10 k VⅡ母改為分列運行），發(fā)生第三次諧振。

(4）第四階段:受前幾次諧振影響，配網(wǎng)絕緣薄弱處繼續(xù)發(fā)生新的擊穿，進(jìn)而造成系統(tǒng)再一次接地，并引起第四次諧振。

采用全麻方式，手術(shù)體位取側(cè)臥位。取肩關(guān)節(jié)鏡標(biāo)準(zhǔn)后方入路首先進(jìn)行關(guān)節(jié)前下盂唇韌帶復(fù)合體的探查。當(dāng)確認(rèn)骨性Bankart損傷病變后，將關(guān)節(jié)鏡頭切換至前上方入路，鏡下可觀察關(guān)節(jié)窩完整的視野。通過探針探查損傷的盂唇韌帶復(fù)合體，進(jìn)行骨性Bankart損傷程度評估。慢性病例中脫落的碎骨塊可能與關(guān)節(jié)盂內(nèi)側(cè)的頸部緊密粘連，此時應(yīng)對該部位碎骨塊進(jìn)行徹底的松解，整個松解過程中應(yīng)注意保護(hù)前下盂肱韌帶復(fù)合體結(jié)構(gòu)免受損傷，盡量避免增加骨碎片的產(chǎn)生。

2 事件分析

(1）電網(wǎng)產(chǎn)生諧振的2個必要條件是:1）系統(tǒng)電感為欠補償狀態(tài)，即回路參數(shù)必須滿足ωL＞1/ωC；2）電網(wǎng)發(fā)生了外部擾動。

對于條件1）的說明:一般PT的勵磁感抗在千歐至兆歐級。根據(jù)粗略計算，10 k V出線電纜(包括所有支線）長度為5.435 km，這些電纜產(chǎn)生的電容電流為:IC=0.1×UP×L=0.1×10.5×5.435=5.70 A；架空線路長度(含分支）為131.917 km，架空線路產(chǎn)生的電容電流為:IC=2.7×UP×L×10-3=2.7×10.5×131.917×10-3=3.739 A。另外考慮變電站、配電室對整個電容電流有15%左右的影響，110 k V變電站的總電容電流約在11.3 A左右。由此計算得到110 k V變電站系統(tǒng)容抗在1 kΩ左右。

對于條件2）的說明:本次故障發(fā)生時有明確的接地現(xiàn)象，即外部擾動也是存在的。

(2）中性點非直接接地系統(tǒng)中，10 k V母線上測量和監(jiān)視的電壓互感器，其一次繞組星形接線，并且中性點近似直接接地，因此，網(wǎng)絡(luò)對地參數(shù)除了電力設(shè)備和導(dǎo)線的對地電容之外，還有電壓互感器的勵磁電感，其均是并聯(lián)連接的，各自組成獨立的振蕩回路。

令EA、EB、EC為電源變壓器的繞組電勢，C0為母線和線路的對地電容，LA、LB、LC為電壓互感器各相勵磁電感。則各相的導(dǎo)納為:

中性點對地電壓為:

一般情況下，電壓互感器的參數(shù)對稱，LA=LB=LC，1/ωLA=1/ωLB=1/ωLC＜ωC0。這樣YA=YB=YC，各相導(dǎo)納呈容性，三相對地負(fù)荷是平衡的，電源中性點電位是0，即不發(fā)生位移現(xiàn)象。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)接地擾動時，導(dǎo)致一相或兩相的對地電壓瞬間提高，從而使電壓互感器相應(yīng)相電流增加，電壓互感器鐵芯趨于飽和，其勵磁電感迅速減小，使得YA、YB、YC中出現(xiàn)感性導(dǎo)納，這樣YA+YB+YC=ΣY的值顯著減小，導(dǎo)致中性點出現(xiàn)位移電位，從而形成諧振現(xiàn)象。

(3）當(dāng)存在非金屬性永久接地故障時，造成電壓互感器過電壓，引起互感器熔絲熔斷。系統(tǒng)正常運行時，系統(tǒng)線路對地電容所帶的總電荷之和為0，但當(dāng)某一相接地時，另兩相電壓升高到線電壓，這兩相的對地電容也隨線電壓的升高而升高。當(dāng)接地故障持續(xù)，在線電壓作用下，電荷在接地點和大地之間構(gòu)成通路，產(chǎn)生電容電流。

3 處理措施

(1）制定電網(wǎng)發(fā)生諧振時的應(yīng)對處置預(yù)案，使今后這類情況能得到妥善、快速處理，盡量縮小停電范圍和減少設(shè)備損壞。

(2）組織進(jìn)行一次設(shè)備排摸和相關(guān)數(shù)據(jù)測試，電壓互感器鐵芯飽和引起的鐵磁諧振過電壓必須改變系統(tǒng)參數(shù)才能抑制。如果在系統(tǒng)的中性點上接入消弧線圈破壞它的諧振條件，PT的勵磁感抗比較大(千歐至兆歐級），而消弧線圈的感抗(百歐級）比較小，這樣諧振條件ωL＞1/ωC很難滿足，諧振就不會發(fā)生。有了消弧線圈后，電容對小感抗放電，PT中電流就很小而不會燒毀。根據(jù)計算，目前10 k V系統(tǒng)電容電流約在11.3 A左右，且為中性點不接地系統(tǒng)，因此其電容電流略微超出10 A的限值。針對類似情況要在設(shè)備上加以完善，加裝消弧線圈控制系統(tǒng)，補償系統(tǒng)發(fā)生諧振時的系統(tǒng)參數(shù)。

(3）加裝配網(wǎng)線路故障指示儀，故障指示儀選型應(yīng)能最大程度方便故障信息查找和掌控。

(4）研究線路避雷器的改進(jìn)措施，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生過電壓時，可以有效地抑制沖擊電流，保護(hù)線路設(shè)備。

(5）制定專門措施，對電網(wǎng)各10 k V、35 k V系統(tǒng)進(jìn)行電容電流測量。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生較大變化時，專門安排測量。同時定期對接地PT和消諧電阻進(jìn)行試驗。

(6）對用戶側(cè)電壓互感器進(jìn)行排查，盡量減少用戶側(cè)電壓互感器中性點直接接地數(shù)量。

4 結(jié)語

針對10 k V電網(wǎng)產(chǎn)生諧振的分析，應(yīng)制定專門的應(yīng)急預(yù)案，加強備品備件管理，確立故障處理期間檢修人員應(yīng)急處理辦法；加強線路日常資料管理，提高應(yīng)對較大范圍配網(wǎng)故障的現(xiàn)場處置效率；重新梳理針對該類事故的處置流程，做到早通知(相關(guān)運行單位）、少反復(fù)(停送電操作），提高故障處理速度。

[1]韓濤.電磁式PT一次側(cè)熔斷器熔斷原因及防治措施的研究[D].保定:華北電力大學(xué)，2006

[2]黃清社.縣級10 k V配電網(wǎng)的供電可靠性分析[D].長沙:長沙理工大學(xué)，2011

[3]甘勝良.小電流接地系統(tǒng)故障選線及電能質(zhì)量檢測研究[D].武漢:華中科技大學(xué)，2004

2014-10-23

余新江(1961—），男，浙江建德人，工程師，主要從事變配電檢修及管理工作。