鐘潔

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司防城港供電局 廣西防城港 538001）

電磁式電壓互感器的諧振分析及限制措施探討

鐘潔

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司防城港供電局 廣西防城港 538001）

目前，導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)過電壓的原因比較多，較為頻繁的就是諧振的過電壓，這種過電壓危害性比較大。一旦發(fā)生諧振過電壓，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備損壞，甚至于出現(xiàn)停電的事故。因此為防止發(fā)生諧振的過電壓，在操作與設(shè)計(jì)電網(wǎng)的過程中，需要進(jìn)行準(zhǔn)確估算，防止產(chǎn)生串聯(lián)諧振的回路。本文主要分析了電壓互感器產(chǎn)生鐵磁諧振的主要原因，并提出相應(yīng)的限制措施，確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與安全性。

過電壓；諧振；分析及限制；探討

1 概述

電力系統(tǒng)運(yùn)行和實(shí)驗(yàn)表明，在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行操作、發(fā)生故障單相接地突然消失或外界對(duì)系統(tǒng)的干擾時(shí)，變壓器、互感器等含鐵芯元件的非線性電感元件與系統(tǒng)中電容匹配時(shí)，可以產(chǎn)生不同頻率的鐵磁諧振。諧振時(shí)產(chǎn)生過電壓或過電流，過電壓對(duì)電氣設(shè)備的絕緣構(gòu)成嚴(yán)重威脅，過電流引發(fā)PT爆炸，對(duì)電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行十分不利。

2 實(shí)例分析

2.1 工程概況

220kV某站10kV系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，在10kV系統(tǒng)出現(xiàn)A相單相接地發(fā)展成三相接地，發(fā)生10kV母線電壓互感器燒壞的故障。從錄波圖看出10時(shí)28分由于10kV系統(tǒng)出現(xiàn)瞬時(shí)接地誘發(fā)10kV母線電壓波形發(fā)生畸變、含有大量諧波，系統(tǒng)內(nèi)開始諧振，具體從圖1可以看出，諧振一直持續(xù)到11時(shí)43分A相電壓互感器絕緣擊穿，造成10kV系統(tǒng)A相接地，具體從圖2可以看出。11時(shí)48分B、C相電壓互感器絕緣擊穿，10kV系統(tǒng)三相接地產(chǎn)生短路電流，最終保護(hù)跳閘切除故障。導(dǎo)致電壓互感器燒毀的直接原因是諧振過電壓。

圖1 電壓諧振初始時(shí)刻波形圖

2.2 電壓互感器產(chǎn)生鐵磁諧振的主要原因

在中性點(diǎn)的不接地體系中，為實(shí)時(shí)監(jiān)視對(duì)地的絕緣，經(jīng)常會(huì)在母線上連接Y接線電磁式的電壓互感器，具體從圖3中可以看出，圖中u0是電源的電勢(shì)，而C是線路對(duì)地的電容，電液互感器的激勵(lì)電感為L(zhǎng)，中性點(diǎn)位置串聯(lián)的消諧電阻為R0。在正常的運(yùn)行下，電壓互感器的勵(lì)磁感抗比較大，且數(shù)值經(jīng)常在兆歐級(jí)之上。而C數(shù)值要根據(jù)線路長(zhǎng)短來定，如果線路越長(zhǎng)，其容抗就會(huì)越小。例如：1km線路，每相對(duì)地的電容大約是0.004μF，一次1km線路容抗在1MΩ以下，可見，整個(gè)電網(wǎng)中對(duì)地呈容性，且保持對(duì)稱，其中中性點(diǎn)位移電壓比較小，與近地電位較為接近。但是電壓互感器勵(lì)磁電感會(huì)隨著電流大小發(fā)生變化，U-I特性從圖4中可以看出。

從圖4中容易看出，曲線起始段基本是直線，電感一直是常數(shù)。一旦激磁電流增大，鐵芯就會(huì)漸漸飽和，然后就值就會(huì)降低。在正常的運(yùn)行狀態(tài)下，鐵芯工作范圍呈直線，一旦系統(tǒng)發(fā)生波動(dòng)，例如：電壓互感器合閘時(shí)產(chǎn)生巨大電流，或者是線路瞬間的單相弧光接地，都會(huì)導(dǎo)致電壓的互感器出現(xiàn)三相不同的程度飽和，嚴(yán)重?fù)p害了電網(wǎng)對(duì)程性。中性點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生高位移的電壓，從而引發(fā)諧振[1]。

圖2 A相電壓互感器擊穿時(shí)刻波形圖

圖3 電磁式電壓互感器引起鐵磁諧振的等值電路

圖4 電壓互感器U-I曲線圖

3 防止鐵磁諧振的措施

隨著電網(wǎng)不斷發(fā)展，線路的參數(shù)也隨之產(chǎn)生變化，加之，大量使用鐵磁式的電壓互感器，在某種程度上加大了電網(wǎng)鐵磁諧振發(fā)生可能性。因此，為保證電網(wǎng)供電的安全性，需要使用相應(yīng)的措施防止產(chǎn)生鐵磁諧振。此外，防止產(chǎn)生鐵磁諧振，還要從供電系統(tǒng)的電氣參數(shù)入手，對(duì)參數(shù)進(jìn)行改變。這樣不僅可以防止發(fā)生電壓互感器飽和的情況，而且可以有效預(yù)防鐵磁諧振的過電壓產(chǎn)生。

3.1 電氣參數(shù)的改變

3.1.1 配備繼電保護(hù)的設(shè)備

一旦電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地的故障，為了對(duì)電壓互感器諧振參數(shù)進(jìn)行改變，需要裝設(shè)繼電保護(hù)的設(shè)備。這個(gè)裝置主要是應(yīng)用單相接地過程中大諧波的電流，將電流的繼電器啟動(dòng)并投入使用，把電壓互感器中二次開口位置三角處進(jìn)行繞組的短接。當(dāng)排除故障以后，繼電保護(hù)裝置可以恢復(fù)到原裝，從而使電壓互感器正常的運(yùn)行。

3.1.2 選擇不容易飽和或是三相五柱式的電壓互感器

10kV系統(tǒng)中所用電壓的互感器，需要選擇勵(lì)磁感抗超過1.5MΩ的互感器。

3.1.3 壓縮電壓互感器的臺(tái)數(shù)

在同一個(gè)電網(wǎng)中，需要壓縮電壓互感器臺(tái)數(shù)，特別是對(duì)中性點(diǎn)位置接地的電壓互感器臺(tái)數(shù)進(jìn)行限制。

3.1.4 每相對(duì)地應(yīng)加裝電容器

這種方式能夠減小網(wǎng)絡(luò)等值，只要網(wǎng)絡(luò)等值的電抗無法匹配，就可以將諧振消除。

3.1.5 在中性點(diǎn)位置裝設(shè)消弧線圈

如果10kV系統(tǒng)中產(chǎn)生諧振，并且單相的接地電流數(shù)值與30安接近時(shí)，需要把中性點(diǎn)接地。

3.1.6 投入備用的線路

如果系統(tǒng)中僅有一個(gè)互感器時(shí)，且供電線路的總長(zhǎng)度比較短時(shí)，可以投入一些備用的線路，這樣可以避免發(fā)生諧振。

3.2 消耗諧振的能量

3.2.1 TV一次側(cè)的中性點(diǎn)經(jīng)高阻抗的接地

在三臺(tái)單相的TV或是三相T一次側(cè)的中性點(diǎn)和地間連接單相電流，這個(gè)方式也叫做4TV法。4TV方式一共有兩種連接方法：①把三相TV的開口三角進(jìn)行短接，這種連接方式比較簡(jiǎn)單，可是比較容易出現(xiàn)單相接地故障，導(dǎo)致電流環(huán)流在三角口，從而將PT燒毀。②直接連接三相TV的開口三角，這個(gè)方式能夠有效避免第一種方式中存在的缺陷。換句話說，應(yīng)用4TV方式能夠諧振的初期阻止過電壓，確保電力系統(tǒng)可以正常的工作[2]。

3.2.2 在TV一次的側(cè)中性點(diǎn)串聯(lián)消諧器

將復(fù)合電阻的消諧器串接到TV一次側(cè)的中性點(diǎn)，可以達(dá)到抑制諧波、消耗能量與阻尼作用，這個(gè)方式也可以叫做一次性消諧。經(jīng)研究可以表明隨R加大，諧振范圍也就會(huì)變小，如果電阻條件滿足R＞16%XLE時(shí)，能夠?qū)㈣F磁諧振徹底消除，其中XLE是TV單相的感抗。如果沒有連接消諧器，一旦系統(tǒng)C相出現(xiàn)單相接地，C系統(tǒng)與地相對(duì)的電壓Ucn等于0。

式中UBO和UAO分別是Ab兩相對(duì)低電壓，UBC、UAC分別是BC與AC相間線電壓，而Uφ是正常系統(tǒng)中相電壓，這時(shí)候流經(jīng)AB兩相的高壓繞組電流是：

3.2.3 裝設(shè)消諧裝置

可以在互感器開口三角位置繞組連接消諧的裝置，如果產(chǎn)生諧振，在設(shè)計(jì)的周波下電壓達(dá)到動(dòng)作的數(shù)值時(shí)，鑒頻系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地投入消諧電阻，吸收諧振的能量，將鐵磁諧振消除。此外，10～35kV電液比較容易發(fā)生鐵磁的諧振，致使互感器受損，引發(fā)停電故障，嚴(yán)重威脅到供電的安全性。如果裝設(shè)了消諧的裝置，一旦發(fā)生諧振，消諧裝置可以及時(shí)進(jìn)行處理，從而確保電網(wǎng)運(yùn)行安全性與可靠性。

4 結(jié)語

綜上所述，在不接地的系統(tǒng)中，比較容易發(fā)生鐵磁諧振，而且故障的類型比較復(fù)雜，導(dǎo)致消諧措施選擇變成當(dāng)下一個(gè)難題。因此要按照鐵磁諧振類型對(duì)激發(fā)的條件進(jìn)行歸類，然后針對(duì)鐵磁諧振來制定相應(yīng)措施，確保電力系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。同時(shí)，還要全方面分析現(xiàn)有消諧措施，對(duì)各種消諧措施局限性與優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行分析。①盡可能選擇勵(lì)磁性比較好的TV，盡可能將并聯(lián)TV數(shù)量減少；②將消諧器串聯(lián)到一次側(cè)的中性點(diǎn)上，同時(shí)選擇合適電阻，這樣不僅可以將鐵磁諧振的過電壓徹底消除，而且還能夠控制好分頻諧振的過電流，比較適合應(yīng)用在對(duì)地電容比較大、容量較大電網(wǎng)中。

[1]張玲云.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地時(shí)10kV電壓互感器損壞原因分析[J].電子制作，2015，23（02）：46.

[2]李國(guó)輝.10kV電壓互感器高壓熔絲頻繁熔斷的故障分析及預(yù)控措施[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2013，15（19）：74～75.

TM451

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1004-7344（2016）03-0069-02

2016-1-3

鐘潔（1985-），女，工程師，本科，主要從事變電運(yùn)行檢修管理工作。