國網(wǎng)四川郫縣供電有限責任公司 四川郫縣 611700

摘要：中性點不接地對于電網(wǎng)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、運行方便、無需附加設備等優(yōu)點，但在實際運行過程中，會存在最大長期工作電壓與過電壓過高，尤其是存在電弧接地過電壓危險，這些因素導致電壓互感器損壞的事件時有發(fā)生，嚴重影響了整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，為此有必要對電壓互感器的損壞機理進行分析，以便于進行改造和預防。

關(guān)鍵詞：中性點不接地；單相接地；電壓互感器；損壞機理

前言

在電網(wǎng)運行過程中，中性點的接地方式主要包括不接地、直接接地、經(jīng)消弧線圈接地三種形式，三種形式有著不同的適用范圍，且具有各自的優(yōu)缺點。其中中性點不接地系統(tǒng)指的是中性點不接地或經(jīng)過高阻抗接地的系統(tǒng)，當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，故障點只會通過較小的導線對地電容電流，系統(tǒng)在短時間內(nèi)仍可持續(xù)運行，所以這一系統(tǒng)也被稱為小接地電流系統(tǒng)。采用這種中性點接地形式對于供電可靠性有著很大的幫助，但是在系統(tǒng)運行過程中，當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，系統(tǒng)中性點對地電壓會升高到線電壓，非故障相對地電壓會升高到線電壓。若接地點不穩(wěn)定，產(chǎn)生間歇性電弧，則過電壓會更嚴重，對絕緣不利。在電網(wǎng)建設運行過程中為了更好對其運行狀況進行監(jiān)控，在系統(tǒng)中安裝了大量的電磁式電壓互感器，作為一次電壓重要的采集單元，對于電網(wǎng)測量、監(jiān)視、保護與控制都有著重要的意義，是保證電網(wǎng)安全運行的重要基礎設備。但是在實際的運行過程中，當中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，多方面原因會造成電壓互感器的頻繁損壞，嚴重影響著系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。在下面文章里，我們就將針對電壓互感器在單相接地故障時的損壞機理進行深入的分析研究。

一.中性點不接地系統(tǒng)

1.1中性點不接地系統(tǒng)適用的范圍

中性點不接地系統(tǒng)一般是適用于電壓在500V以下的三相三線制電網(wǎng)和6到60kV電網(wǎng)，對于6到60kV電網(wǎng)其單相接地電流有著如下幾個要求：

（1）6～10kV電網(wǎng)。單相接地電流，≤30A；

（2）10～60kV電網(wǎng)。單相接地電流，≤10A。

在上述條件下，單相接地電流產(chǎn)生的電弧可自行熄滅。

1.2單相接地發(fā)生時的兩種不同情況

中性點不接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地時不必立即停電，可允許繼續(xù)運行2小時。單相接地可分為兩種情況，一是穩(wěn)定性接地，二是非穩(wěn)定性接地。當前者發(fā)生時，會使電網(wǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的不對稱三相對地電壓和中性點對地電壓的偏移，不接地相對地電壓升高至線電壓大小。當后者發(fā)生時，故障相電壓降低，非故障相電壓升高，且波動變化，會在接地點位置出現(xiàn)不穩(wěn)定性燃燒的電弧，同時還會使電網(wǎng)處于不斷換路中。

二.單相接地時電壓互感器損壞原因統(tǒng)計

通過對以往電網(wǎng)運行過程中出現(xiàn)電壓互感器損壞事故的原因進行統(tǒng)計分析，我們將損壞原因概括為下列幾項：1.產(chǎn)品質(zhì)量不合格；2.接線錯誤；3.二次負載過大；4.系統(tǒng)環(huán)境突變；5.弧光接地過電壓；6.設備安裝錯誤；7.操作失誤等。在上述幾個損壞原因中，最主要的損壞原因是鐵磁諧振、系統(tǒng)環(huán)境突變造成PT沖擊電流、弧光接地過電壓。

三.損壞機理的分析

在系統(tǒng)運行過程中，由于單相接地造成系統(tǒng)波動導致PT損壞的最主要原因可以概括為鐵磁諧振、PT沖擊電流和弧光接地三個原因。下面我們對這三個方面進行逐一分析。

3.1鐵磁諧振的機理

鐵磁諧振，是一種電力系統(tǒng)自激振蕩的形式，一般是由于變壓器、電壓互感器等鐵磁電感的飽和作用引發(fā)的持續(xù)性、高幅值諧振過電壓現(xiàn)象。在電力系統(tǒng)中，我們一般以帶非線性電感的RLC的串聯(lián)電路來對鐵磁諧振的特點進行分析，下圖1為鐵磁諧振的等效電路圖：

圖1.鐵磁諧振等效電路圖

上圖中E代表不接地系統(tǒng)中性點偏移電壓，C代表中性點對地電容，L代表為非線性電感，R為回路的等效電阻，由于電阻相對于系統(tǒng)電容和非線性電感的值較小，可忽略不計。和分別代表系統(tǒng)電容和非線性電感兩端的電壓，I為回路電流。當系統(tǒng)正常運行時，非線性感抗值遠大于系統(tǒng)容抗值；當系統(tǒng)發(fā)生擾動時，非線性電感兩端存在過電壓，非線性感抗急劇下降，當感抗小于容抗時，系統(tǒng)就可能發(fā)生鐵磁諧振。

3.2PT沖擊電流的機理

在對電壓互感器損壞機理進行研究分析的最初階段，各方面都將原因歸結(jié)于鐵磁諧振，但是在采取了避免鐵磁諧振的措施后，互感器損壞事件還是不斷發(fā)生，通過更進一步的分析，我們發(fā)現(xiàn)在中性點不接地的電網(wǎng)中，母線上裝設的電壓互感器其接線形式一般為/開口三角型，且為了對熔斷器和PT間和PT一次部分進行短路保護，在一次繞組裝設了額定電流為0.5A的保險。為了驗證單相接地時諧振電流對互感器的影響，通過大量的試驗證明只有1%左右的諧振會燒毀保險。同時通過對輸電線路長度與鐵磁諧振關(guān)系的分析研究得出，當輸電線路足夠長時，不會出現(xiàn)鐵磁諧振，但是如果發(fā)生多次單相接地故障，電壓互感器的損壞幾率會大大上升。所以我們可以清楚的認識到PT損壞的主要原因不只是鐵磁諧振，通過大量的試驗得出下列結(jié)論：

3.2.1故障恢復后的電容放電沖擊電流

下圖2為單相接地的等值電路圖，

圖2. 等值電路圖

通過對下圖的分析，我們可以了解到當系統(tǒng)正常運行時，線路的對地電容上附著的總電荷之和為零。但是當發(fā)生單相接地故障時，非故障相電壓升高至線電壓，此時對地電容上會充上線電壓下的電荷量，當故障持續(xù)時，在線電壓作用下，電荷通過接地點聯(lián)通導線和大地，形成的電流即電容電流，在故障消除后，這條通路消失，但是電荷不會消失，各線對地電壓要恢復至正常水平，非故障相上的電荷需要釋放，由于接地點消失，這些自由電荷只能通過PT的一次繞組流向大地，自由電荷數(shù)量足夠的情況下，在流向大地的過程中就會引起鐵芯飽和，出現(xiàn)較大的沖擊電流。

3.2.2系統(tǒng)發(fā)生多次單相接地

系統(tǒng)多次的單相反復接地就相當于以上過程的重復，這時產(chǎn)生的沖擊電流就相當于幾次沖擊累加的效果，最終導致電壓互感器熱穩(wěn)固性破壞或者一次側(cè)保險熔絲的燒毀。

3.3弧光接地的機理

在中性點不接地的小電流系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)中線路較少，單相接地電流相對較小，在發(fā)生瞬時性弧光接地時一般都可以自行滅弧，但是隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴大及電壓等級的升高，當電網(wǎng)發(fā)生單相接地時容性電流大幅增加，接地電弧出現(xiàn)后往往很難自行滅??；其次，當接地點電流較小時，一般無法形成穩(wěn)定的接地電弧，這樣就會在接地點出現(xiàn)熄弧與電弧重燃交替出現(xiàn)的不穩(wěn)定狀態(tài)。這種狀態(tài)被稱為弧光接地。目前在10kV配電網(wǎng)中，大量的使用了高壓電纜和絕緣導線，當這些輸電線路的絕緣出現(xiàn)損壞時，就極易發(fā)生間歇性電弧，由此產(chǎn)生的工頻過電壓、高頻熄弧過電壓其幅值最大可以達到6到8倍的相電壓，且一般持續(xù)時間長，對于運行中的設備都構(gòu)成了巨大的威脅。