龔俊祥，張　菁（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司威海供電公司，山東　威?！?64200）

?

35 kV系統(tǒng)諧振過(guò)電壓事故分析

龔俊祥，張菁
（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司威海供電公司，山東威海264200）

摘要：分析一起35 kV系統(tǒng)諧振過(guò)電壓事故產(chǎn)生的原因。通過(guò)系統(tǒng)等效電路圖計(jì)算系統(tǒng)中性點(diǎn)電壓及三相對(duì)地電壓幅值，利用電壓向量圖表達(dá)系統(tǒng)中性點(diǎn)及三相對(duì)地電壓隨系統(tǒng)角差的變化趨勢(shì)。經(jīng)分析，事故根本原因?yàn)椋合到y(tǒng)間某聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)非全相形成串聯(lián)線性諧振回路，產(chǎn)生諧振過(guò)電壓。提出了防止諧振過(guò)電壓的產(chǎn)生和降低其影響的措施。

關(guān)鍵詞：35 kV系統(tǒng)；諧振；過(guò)電壓

0　引言

過(guò)電壓事故在非有效接地系統(tǒng)中時(shí)有發(fā)生，是電力設(shè)備損壞的主要原因之一。通過(guò)對(duì)一起35 kV系統(tǒng)諧振過(guò)電壓事故的分析，找到諧振過(guò)電壓產(chǎn)生的原因，提出防范措施，旨在防止諧振過(guò)電壓的產(chǎn)生和盡量降低其影響。

1　系統(tǒng)運(yùn)行方式

220 kV鳳林站35 kV母線分列運(yùn)行，澇臺(tái)站2號(hào)主變壓器運(yùn)行，1號(hào)主變壓器熱備用，35 kV塔山站35 kV母線分列運(yùn)行，Ⅰ段母線由35 kV澇塔Ⅰ線供電，Ⅱ段母線由35 kV鳳塔Ⅱ線供電，熱電廠35 kV母線分列運(yùn)行，分別通過(guò)35 kV廠田線、廠孫線與系統(tǒng)連接，鳳林站1號(hào)主變壓器、澇臺(tái)站2號(hào)主變壓器和塔山站2號(hào)主變壓器35 kV側(cè)中性點(diǎn)接有消弧線圈。系統(tǒng)示意如圖1。

圖1　系統(tǒng)示意

2　事故發(fā)生經(jīng)過(guò)

某日11∶52∶33，澇臺(tái)站2號(hào)主變壓器35 kV側(cè)后備時(shí)限速段保護(hù)動(dòng)作，35 kV側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘，11∶52∶41孫家疃站35 kV廠孫線距離III段保護(hù)動(dòng)作開(kāi)關(guān)跳閘，11∶52∶50鳳林站35 kV鳳塔II線過(guò)流II段保護(hù)動(dòng)作開(kāi)關(guān)跳閘，11∶52∶54澇臺(tái)站35 kV澇張線過(guò)流III段保護(hù)動(dòng)作開(kāi)關(guān)跳閘。事故后對(duì)35 kV線路及變電站一次設(shè)備進(jìn)行了檢查，35 kV望島站35 kV 2號(hào)母線B、C相避雷器燒毀，塔山站2號(hào)主變壓器中性點(diǎn)消弧線圈避雷器燒毀，35 kV澇張線張村站側(cè)線路三相避雷器燒毀，熱電廠35 kV 2號(hào)母線A、B相有支持瓷瓶擊穿，塔山站分段300開(kāi)關(guān)A相真空滅弧室外屏蔽罩成黑色，測(cè)量其上下電極間絕緣電阻為0。

3　事故原因分析

事故后對(duì)澇臺(tái)站2號(hào)主變壓器保護(hù)、孫家疃站廠孫線保護(hù)和田村站廠田線保護(hù)的故障波形進(jìn)行了分析，澇臺(tái)站2號(hào)主變壓器35 kV側(cè)后備時(shí)限速段保護(hù)動(dòng)作和孫家疃站35 kV廠孫線距離III段保護(hù)動(dòng)作的原因是熱電廠35 kV母線運(yùn)行方式?jīng)]有執(zhí)行調(diào)度指令分列運(yùn)行，而是并列運(yùn)行，致使?jié)撑_(tái)站主變壓器后備保護(hù)與線路保護(hù)失去配合。當(dāng)35 kV II段母線發(fā)生支持瓷瓶擊穿故障時(shí)，澇臺(tái)站至熱電廠的線路阻抗變小，短路電流超過(guò)主變壓器保護(hù)時(shí)限速斷的定值，而短路電流被分到兩條線路上，不超過(guò)線路的速斷定值，引起主變壓器后備保護(hù)越級(jí)跳閘。最后35 kV廠孫線距離III段保護(hù)動(dòng)作切除故障。

澇臺(tái)站2號(hào)主變壓器跳閘，致使?jié)撑_(tái)站35 kV系統(tǒng)成為由熱電廠作為獨(dú)立電源的小電源系統(tǒng)，小電源發(fā)電機(jī)組與系統(tǒng)頻率的偏差，使鳳林、澇臺(tái)系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)的塔山站分段300開(kāi)關(guān)兩端最大承受2倍的相電壓，分析由于300開(kāi)關(guān)A相真空滅弧室的波紋管存在夾雜，長(zhǎng)期運(yùn)行中產(chǎn)生漏點(diǎn)，造成真空度下降［1］，在較高的端電壓下發(fā)生觸頭間放電擊穿，使塔山站35 kV分段300開(kāi)關(guān)事實(shí)上處于A相導(dǎo)通的非全相運(yùn)行狀態(tài)，引發(fā)后續(xù)的諧振過(guò)電壓事故。主要對(duì)系統(tǒng)諧振過(guò)電壓產(chǎn)生機(jī)理、過(guò)電壓幅值及對(duì)系統(tǒng)對(duì)地電壓影響的程度進(jìn)行定性分析，以解釋此次事故3處避雷器燒毀原因。

3．1系統(tǒng)三相及中性點(diǎn)對(duì)地電壓計(jì)算

由于塔山站35 kV分段300開(kāi)關(guān)造成鳳林、澇臺(tái)35 kV系統(tǒng)形成A相電氣連接，鳳林、澇臺(tái)35 kV系統(tǒng)的等效電路如圖2所示（忽略系統(tǒng)對(duì)地電阻）。其中是鳳林、澇臺(tái)系統(tǒng)對(duì)地容抗，jωL是塔山站消弧線圈感抗。

圖2　系統(tǒng)等效電路

根據(jù)戴維南原理，鳳林、澇臺(tái)35 kV系統(tǒng)A相電氣連接點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，端電壓為，電源為0時(shí)可計(jì)算得出系統(tǒng)內(nèi)部等效阻抗，簡(jiǎn)化電路如圖3所示，從此圖中可計(jì)算得出系統(tǒng)內(nèi)各元件電流電壓的變化量［2］。

圖3　簡(jiǎn)化電路

該電氣回路由帶鐵芯的電感元件（消弧線圈）和電容元件（系統(tǒng)對(duì)地電容）構(gòu)成，由于消弧線圈鐵芯帶有氣隙，勵(lì)磁特性接近線性，同時(shí)根據(jù)鳳林站故障錄波器所錄電壓相量分析，電氣回路呈現(xiàn)為感性回路，不具備回路電流由電感性突變成電容性的相位反傾現(xiàn)象，因此該回路產(chǎn)生的是線性諧振而非鐵磁諧振（非線性諧振）［3］。

鳳林站系統(tǒng)中性點(diǎn)電壓為

澇臺(tái)站系統(tǒng)中性點(diǎn)電壓為

為對(duì)系統(tǒng)三相及中性點(diǎn)對(duì)地電壓有一個(gè)清晰直觀的概念，根據(jù)鳳林站故障錄波器所錄電壓信息做系統(tǒng)電壓相量圖如圖4。澇臺(tái)站系統(tǒng)電壓因頻差以Δω=2π（f1-f2）相對(duì)角速度旋轉(zhuǎn)，虛線圓為澇臺(tái)站系統(tǒng)電壓中性點(diǎn)變化軌跡，O點(diǎn)為地電位，至鳳林站、澇臺(tái)站中性點(diǎn)及三相電壓的直線即為系統(tǒng)三相及中性點(diǎn)對(duì)地電壓。澇臺(tái)站系統(tǒng)電壓與鳳林站電壓偏差163°即在相量圖所處位置時(shí)，鳳林站系統(tǒng)中性點(diǎn)及A、B、C三相對(duì)地電壓分別為2．6、1．6、3．3、3．1倍額定相電壓，澇臺(tái)站系統(tǒng)中性點(diǎn)及A、B、C三相對(duì)地電壓分別為0．6、1．6、0．93、0．78倍額定相電壓。

圖4　系統(tǒng)電壓相量

3．2事故過(guò)程分析

鳳林、澇臺(tái)系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)的塔山站分段300開(kāi)關(guān)A相真空滅弧室發(fā)生觸頭間放電擊穿后，經(jīng)過(guò)1．3 s，澇臺(tái)站系統(tǒng)電壓與鳳林站電壓偏差達(dá)到163°，此時(shí)系統(tǒng)電壓如圖4系統(tǒng)電壓相量圖中所示，35 kV消弧線圈系統(tǒng)相地選用額定電壓為1．25Um避雷器，中性點(diǎn)選用額定電壓為0．72Um避雷器［5］，而鳳林站系統(tǒng)中性點(diǎn)及B、C相對(duì)地電壓高達(dá)1．4Um、1．8Um、1．7Um，造成35 kV塔山站2號(hào)主變壓器中性點(diǎn)消弧線圈避雷器燒毀，望島站35 kV 2號(hào)母線C相避雷器燒毀；望島站35 kV 2號(hào)母線C相避雷器燒毀后，鳳林站系統(tǒng)C相接地，此時(shí)系統(tǒng)電壓相量圖如圖4所示，澇臺(tái)站系統(tǒng)B、C相對(duì)地電壓升高至1．5Um、1．9Um，0．6 s后造成35 kV澇張線張村站側(cè)線路C相避雷器燒毀，1．6 s后35 kV望島站35 kV 2號(hào)母線B相避雷器燒毀，形成相間接地短路故障，鳳林站鳳塔II線保護(hù)動(dòng)作跳閘，35 kV澇張線張村站側(cè)線路B相避雷器燒毀，形成相間接地短路故障，澇臺(tái)站澇張線保護(hù)動(dòng)作跳閘。鳳林站鳳塔II線保護(hù)動(dòng)作跳閘后切斷了兩個(gè)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，消除了諧振條件，沒(méi)有造成更多的設(shè)備故障。

4　改進(jìn)措施

為避免此類諧振過(guò)電壓的再次發(fā)生，應(yīng)保證在任何運(yùn)行方式下，系統(tǒng)不失去消弧線圈補(bǔ)償，且消弧線圈處于過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)。若本次事故中澇臺(tái)站系統(tǒng)沒(méi)有失去消弧線圈補(bǔ)償，電壓將被兩個(gè)感性阻抗分壓，諧振過(guò)電壓受到了一定的抑制，當(dāng)鳳林站、澇臺(tái)站系統(tǒng)經(jīng)消弧線圈過(guò)補(bǔ)償后殘流基本一致時(shí)，系統(tǒng)中性點(diǎn)電壓將相等，為電壓的二分之一。

因此，澇臺(tái)站35 kV系統(tǒng)新增一臺(tái)消弧線圈，使每段都具有消弧線圈補(bǔ)償，并列運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)消弧線圈處于手動(dòng)狀態(tài)，基本補(bǔ)償本段系統(tǒng)的電容電流，另一臺(tái)處于自動(dòng)補(bǔ)償狀態(tài)；分列運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)消弧線圈都處于自動(dòng)補(bǔ)償狀態(tài)。根據(jù)澇臺(tái)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，消弧線圈安裝在澇臺(tái)站35 kV母線，經(jīng)專用接地變壓器接入，防止消弧線圈隨主變壓器停運(yùn)而停運(yùn)。

5　結(jié)語(yǔ)

本次系統(tǒng)過(guò)電壓事故實(shí)際是由于兩個(gè)35 kV系統(tǒng)之間形成非全相電氣聯(lián)系，由帶鐵芯的電感元件消弧線圈和系統(tǒng)對(duì)地電容構(gòu)成串聯(lián)線形諧振回路，產(chǎn)生了中性點(diǎn)諧振過(guò)電壓，使三相對(duì)地電壓異常升高所致。當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)同時(shí)出現(xiàn)接地信號(hào)，且某相電壓相同時(shí)，應(yīng)懷疑兩個(gè)系統(tǒng)之間形成單相電氣聯(lián)系，快速采取措施進(jìn)行查找處理。今后應(yīng)開(kāi)展對(duì)各類小電流接地選線原理如中電阻接地選線是否適用于此類故障等研究工作，研究選擇包括接地等各類異常情況下能夠自動(dòng)進(jìn)行故障判斷和定位的選線裝置，以便于調(diào)控人員快速采取措施進(jìn)行異?；蚬收咸幚?。

參考文獻(xiàn)

［1］孫成寶．變電檢修［M］．北京：中國(guó)電力出版社，2003．

［2］朱聲石．高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)原理與技術(shù)［M］．北京：中國(guó)電力出版社，1995．

［3］王偉，屠幼萍．高電壓技術(shù)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011．

［4］要煥年．電力系統(tǒng)諧振接地［M］．北京：中國(guó)電力出版社，2000．

［5］傅知蘭．電力系統(tǒng)電氣設(shè)備選擇與實(shí)用計(jì)算［M］．北京：中國(guó)電力出版社，2004．

Analysis of Resonance Overvoltage Accident in 35 kV Power System

GONG Junxiang，ZHANG Jing
（State Grid Weihai Power Supply Company，Weihai 264200，China）

Abstract:The cause of one resonance overvoltage accident is analyzed．Voltages of three phases and the neutral point are calculated using the equivalent circuit of power system．Voltage change trends of three phases and the neutral point with the system angle difference are showed by voltage vector diagrams．Conclusion is reached that the root cause of the accident is the resonance overvoltage of the series-wound linear resonance circuit caused by the open-phase operation of interconnecting switch．Corresponding measures are put forward for the prevention of the resonance overvoltage．

Key words:35 kV power system；resonance；overvoltage

中圖分類號(hào)：TM86

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1007-9904（2016）02-0066-03

收稿日期：2015-11-06

作者簡(jiǎn)介：

龔俊祥（1972），男，高級(jí)工程師，從事電網(wǎng)規(guī)劃工作；張菁（1975），女，高級(jí)工程師，從事變電設(shè)計(jì)工作。