張書華 宋愛霞 艾傳敏 國網(wǎng)山東省電力公司寧津縣供電公司

電網(wǎng)發(fā)生間歇性單相接地時電壓互感器內部暫態(tài)過程分析

張書華 宋愛霞 艾傳敏 國網(wǎng)山東省電力公司寧津縣供電公司

本文介紹電網(wǎng)中單相接地和電壓互感器的概念，并進一步分析電網(wǎng)發(fā)生間歇性單相接地時電壓互感器內部暫態(tài)過程。

間歇性單相接地；電壓互感器；暫態(tài)過程

前言

若電網(wǎng)在正常的運行過程中出現(xiàn)間歇性的接地現(xiàn)象，則會導致電網(wǎng)中的電壓互感器的內部電壓出現(xiàn)突然變化，這種急劇變化會導致電網(wǎng)系統(tǒng)內部出現(xiàn)一定的反應。利用電壓信號對整個電路進行相應的分析和檢測后發(fā)現(xiàn)，整個電路系統(tǒng)出現(xiàn)相應的調整。[1]同時，在電力系統(tǒng)的日常運行狀態(tài)下，出現(xiàn)單相接地的頻率相對較高，若不能針對接地的現(xiàn)象采取相應措施并及時跳閘處理接地線路，電網(wǎng)運行維護人員可以利用隔離裝置來對發(fā)生故障的位置進行搶救性的處理，最終為電路的維護爭取及時有效的時間，保證電路系統(tǒng)的正常運行。

1.電壓互感器的介紹

作為一種電網(wǎng)中的常見設備，電壓互感器在電路中起著鏈接一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)的作用。若在線路中施加一定的電壓值，則線路中的電壓互感器中的鐵芯會發(fā)生一定的變化，并產(chǎn)生磁場。可以根據(jù)電壓互感器中的電磁場的感性情況來分析產(chǎn)生的二次電壓。若改變二次電壓的大小或者其線路中的線圈匝數(shù)，則會導致其產(chǎn)生不同的電磁電壓，最終形成相對應的不同電壓值。根據(jù)電壓互感器中的電壓比例可以其分為光電式電壓互感器、電子式電壓互感器、測量儀表類的電壓互感器幾種電壓互感器的類型。當電壓互感器進入運行狀態(tài)時，電壓互感器中的恒定空載狀態(tài)會導致電壓互感器中的阻抗值維持在比較低的水平。電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地現(xiàn)象時，接地現(xiàn)象比較穩(wěn)定，整個電網(wǎng)系統(tǒng)中的相應設備出現(xiàn)較為穩(wěn)定的電壓值，此時，沒有接地的三相電壓會升高。若單相接地時，電壓互感器和電網(wǎng)之間會相互串聯(lián)，最終導致電力系統(tǒng)的破壞程度加大。根據(jù)電壓互感器的內部結構進行分析可以發(fā)現(xiàn)，電壓互感器內部的鐵芯是一種不能感應元件，所以，電網(wǎng)比地面具有更大的電容量，這會導致電網(wǎng)中的線路電壓急劇上升，最終線路電壓過大，電壓互感器中的保險絲出現(xiàn)熔斷，嚴重的甚至會導致變電站出現(xiàn)大規(guī)模停電現(xiàn)象。

2.電壓互感器的電流原理分析

如下圖所示，利用該圖來進行暫穩(wěn)態(tài)的分析，通過該分析來查詢電壓互感器的內部故障情況。圖中顯示的是三種不同電壓變壓器的電路圖，該圖中的電路中包含三個電源電勢，被簡稱為電源電勢。LA，LB，LC表示的是電壓狀態(tài)下的不同電容量值，0點表示的是位于中性點電壓位置的電容值，相對應的是電壓互感器中的電感和電壓。其中02表示的是接地狀態(tài)，而01是在電容接地時，起到橋梁的作用。實際中，在不同電壓的線路里，電網(wǎng)系統(tǒng)中的絕緣層和電壓較高位置要低，這在較低電壓的線路中表現(xiàn)尤為明顯。所以，在單相線路發(fā)生接地時，系統(tǒng)溫度很容易升高，并發(fā)生系統(tǒng)故障。經(jīng)過大量的實踐證明，電壓互感器在電網(wǎng)單相接地時，發(fā)生故障的概率比較高，所以，分析接地暫態(tài)過程中的電流具有很大的重要性。

圖1 暫穩(wěn)態(tài)分析電路圖

圖2 電壓互感器中的實驗電壓和電流的變化關系

3.實驗室內測試電壓互感器的勵磁特性和涌流

可以在實驗室內測試電壓互感器的勵磁特性，利用實驗室的輸配電設備輔助實驗進行，同時在該實驗的基礎上進行涌流實驗。實驗中發(fā)現(xiàn)，電流和電壓成正比例管理，當電壓增加時電流也會逐漸增加，但是電流的增加并沒有呈現(xiàn)出較為明顯的線性現(xiàn)象。當實驗中的電壓值增加到111V，電流的增長速度與之間的電流增加速度相互比較會發(fā)生明顯的變化。根據(jù)實驗中的勵磁涌流及實驗中所建立的并聯(lián)模型可以分析出暫穩(wěn)態(tài)的過程。電壓狀態(tài)不同，電壓互感器中的涌流數(shù)據(jù)也互不相同。圖2所表示的是電壓和電流的對應關系，圖中所表示的電壓和電流的涌流數(shù)值分別是240V和190A。該實驗中的電壓互感器的電壓值在飽和電壓值時，勵磁涌流的數(shù)據(jù)指數(shù)會逐漸變大，在對電網(wǎng)發(fā)生間歇性單相接地電壓互感器內部的故障研究時，需要采用暫穩(wěn)態(tài)的分析辦法來進行分析。

根據(jù)某變電站中的設備為例，當把變電站中的兩條母線相互并聯(lián)連接時，高壓導線會由于線路中的溫度過高而溫度逐漸升高，溫度升高會引起電壓互感器中的保險絲出現(xiàn)熔斷。電壓互感器在保險絲出現(xiàn)熔斷后，其電壓檢測儀器上會出現(xiàn)異常的數(shù)值，電壓互感器會自動開啟記錄數(shù)據(jù)的功能，并同時檢測電壓的變化關系。不同的錄波曲線中會對應不同的電壓數(shù)據(jù)一起線路中的三相開口電流值。若第一段中電壓在下一個周期的轉變過程中變成零值，同時伴隨其他兩相電壓數(shù)值異常，則可以判定為第一相電壓出現(xiàn)接地。而此時電壓和電流的不穩(wěn)定情況會導致整個電路中出現(xiàn)電阻異常的故障。對線路進行暫穩(wěn)態(tài)的分析可以發(fā)現(xiàn)，一相電壓接地之前的電壓值是其他兩相的1/5，電壓峰值在330V，隨即產(chǎn)生了保護的勵磁涌流。勵磁涌流的現(xiàn)象會導致電流值超過正常值的范圍，并導致高壓互感器以及熔斷器出現(xiàn)故障。所以，若單相接地電壓不連續(xù)時，電壓的反復變化以及電壓的沖擊性可以導致電壓互感器中的鐵芯處于飽和狀態(tài)并難以逆轉。若一相電壓出現(xiàn)變化，其他的兩相電壓會熔斷。[2]此外，若電網(wǎng)中的單相電壓發(fā)生接地的故障，電網(wǎng)中沒有發(fā)生故障的線路上所分布的電壓值與發(fā)生故障的電壓線路相比較，其電壓數(shù)值會變大，最終導致電網(wǎng)中發(fā)生故障的線路內部的電壓互感器的保險絲在大電流的流通下，保險絲由于溫度過高最終出現(xiàn)涌流效應。

4.結語

綜上所述，電網(wǎng)中的電壓互感器一旦發(fā)生損壞，會導致電網(wǎng)中的電壓和電流出現(xiàn)異常情況，所以需要通過電網(wǎng)線路中的線路并聯(lián)模型進行電容和電感的暫穩(wěn)太分析，最終確定電網(wǎng)中出現(xiàn)間歇性單相接地，線路中的電壓互感器發(fā)生電路故障的機理。分析時需要利用電壓互感器中的鐵芯所出現(xiàn)的磁場效應使得線路中的電壓、電流出現(xiàn)最大值。電壓和電流值變大會導致線路中的熱量升高最終線路熔斷。若單相線路不接地，線路中性點的變化會處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，互感器內部電壓的頻率變化，線路中暫歇電流會導致線路中的零部件過熱而出現(xiàn)零部件故障。

[1]林莉,何月,王軍兵,張向伍,郭文宇,中性點不接地電網(wǎng)單相接地時電壓互感器損壞機理 [J]. 高電壓技術 ,2013,05:1114-1120.