尹莉欣，顧　魏

(1. 國網(wǎng)山西省電力公司太原供電公司，太原　030001；2. 國網(wǎng)上海市電力公司奉賢供電公司，上?！?01400)

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論電壓互感器因諧振損害的防治研究

尹莉欣1，顧魏2

(1. 國網(wǎng)山西省電力公司太原供電公司，太原030001；2. 國網(wǎng)上海市電力公司奉賢供電公司，上海201400)

在小電流接地系統(tǒng)中，在母線側(cè)通常裝有高壓互感器，用于監(jiān)測母線電壓，體現(xiàn)單相對(duì)地絕緣情況。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地時(shí)，由于電壓下降，互感器內(nèi)勵(lì)磁阻抗亦下降，如果此時(shí)電抗與電容正好匹配，即會(huì)產(chǎn)生諧振，易造成互感器熔斷器燒毀。甚至互感器損壞，威脅電力系統(tǒng)及受電設(shè)備的可靠運(yùn)行，針對(duì)以上問題加以分析并提出解決方法。希望能夠提高供電可靠性及客戶電氣設(shè)備的健康運(yùn)行水平。

電磁式電壓互感器； 鐵磁諧振； 消諧措施；供電可靠性

電壓互感器就是一個(gè)降壓變壓器，由一次繞組、二次繞組、鐵芯組成。工作時(shí)一次繞組接于一次電路中，二次繞組并聯(lián)儀表、繼電器的電壓線圈。由于儀表電壓線圈的阻抗大，所以二次繞組接近空載。根據(jù)繞組的同實(shí)現(xiàn)不同變比，即可應(yīng)用于各類儀表電路中，從而實(shí)現(xiàn)弱電管理強(qiáng)電的功能，一次電壓很高，二次電壓仍很安全，大大提升了操作人員的人身安全可靠性，對(duì)設(shè)備安全也有效起到保護(hù)作用，所以在電力系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用。在小電流接地系統(tǒng)中電壓互感器一次繞組通常星形連接并且中性點(diǎn)直接接地，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)互感器激磁阻抗下降，當(dāng)電抗與阻抗相匹配時(shí)就會(huì)產(chǎn)生諧振，極易發(fā)生諧振過電壓，使電壓互感器造成損壞，本文就針對(duì)互感器損壞的現(xiàn)象，分析原因并提出應(yīng)對(duì)措施，希望能夠減少設(shè)備故障率，保障電氣設(shè)備可靠運(yùn)行。

1　電磁式電壓互感器諧振產(chǎn)生原因

1.1實(shí)例展未

某市一座35 kV變電站在一次的10 kV出線單相接地故障發(fā)生后，B、C兩相電壓升高到了17.5 kV，告警顯示大約1 min后電壓互感高壓熔斷器熔斷，出線保護(hù)控制屏顯示“TV斷線”，三相電壓為零。該變電站位于山區(qū)，采用中性點(diǎn)不接地方式，進(jìn)線主要為架空線路，全長22.7 km，出線采用電纜出線，對(duì)地存在分布電容。故障發(fā)生后，該站維護(hù)人員對(duì)線路進(jìn)行了巡查，最后確認(rèn)由于當(dāng)日小雨并伴有大風(fēng)，線路與樹枝觸碰，導(dǎo)致接地故障，繼而引發(fā)全線停電事件。隨后變電站值班人員在接調(diào)度指令后巡查配電設(shè)備，發(fā)現(xiàn)電壓互感器柜內(nèi)有焦味，并冒出青煙，經(jīng)現(xiàn)場確認(rèn)為電壓互感器因諧振引起過電壓導(dǎo)致?lián)p壞。

1.2產(chǎn)生原因

該城市配電網(wǎng)主接線結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。B1和B2分別為110、220kV變壓器，TV為線路電壓互感器，C0為線路對(duì)地電容。

圖1　城市配電網(wǎng)主接線結(jié)構(gòu)圖

三相等效電路圖如圖2所示。EA、EB、EC為三相電源，CA、CB、CC為三相對(duì)地電容。C0為中性點(diǎn)對(duì)地電容，LA、LB、LC為三相系統(tǒng)電抗，LTA、LTB、LTC為電壓互感器電感。

圖2　三相等效電路圖

2　事故發(fā)生后的判斷與分析

當(dāng)用戶變電站內(nèi)發(fā)生電壓互感器損壞事故后，客戶后臺(tái)監(jiān)測系統(tǒng)會(huì)發(fā)現(xiàn)故障相電壓監(jiān)測下降，而非故障相電壓則突然升高，從而發(fā)出報(bào)警信號(hào)，在通過電度表、電壓監(jiān)測、零序電流檢測各參數(shù)確定為電壓互感器損壞后，應(yīng)做如下處理：

(1)在確保人身安全的情況下，巡視高壓設(shè)備，并記錄故障情況。

(2)檢查變壓器電壓互感器柜，斷開互感器所帶二次負(fù)荷，并將互感器斷開，切斷與母線聯(lián)絡(luò)，搖出小車，查看其三相高壓熔斷管的損壞情況，切除故障點(diǎn)。

(3)經(jīng)查看，如高壓熔斷管未熔斷，從而確定其高壓側(cè)未受損，則可在確保安全的情況下恢復(fù)正常使用。如高壓熔斷管己燒毀，則可能互感器絕緣己受損，雖然更換熔斷管但并不能馬上使用，需經(jīng)過耐壓試驗(yàn)，保證互感器絕緣良好，避免留下事故隱患。

3　電氣設(shè)備運(yùn)行中消除諧振的措施

(1)在電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)上串聯(lián)電阻或加裝消弧線圈，可采用固定補(bǔ)償方式和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方式，固定補(bǔ)償方式是將消弧線圈設(shè)定在過補(bǔ)狀態(tài)，從而避免由于系統(tǒng)切除線路而引起的電容電流減小，產(chǎn)生諧振。但固定補(bǔ)償又無法適應(yīng)系統(tǒng)負(fù)荷的變化，如線路投切，重合閘等易使中性點(diǎn)電壓偏移，引起過電壓，導(dǎo)致設(shè)備受損，故現(xiàn)在常以自動(dòng)式消諧裝置取代。當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行正常時(shí)，自動(dòng)消諧裝置退出運(yùn)行，但發(fā)生單相接地時(shí)，該裝置自行投入相應(yīng)數(shù)量的電容，以補(bǔ)償無功，熄滅電弧，方便，有效。同時(shí)增大中性點(diǎn)的對(duì)地阻尼值，從而達(dá)到限制短路電流的作用，但電阻值過大會(huì)造成電流過大燒壞中性點(diǎn)的絕緣，故通常采用幾十千歐為宜。

(2)合理調(diào)節(jié)電網(wǎng)運(yùn)行方式，例如在進(jìn)行母線操作時(shí)，適當(dāng)加長出線長度，用以調(diào)節(jié)母線對(duì)地電容，使電網(wǎng)內(nèi)電容與電感不易達(dá)到平衡，不符合諧振條件，從而減少電壓互感器的損壞機(jī)率。但由于現(xiàn)在城市配電網(wǎng)出線日益增多，配電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜多元化，所帶負(fù)荷也日趨復(fù)雜，如通過增加出線長度來調(diào)節(jié)電容，不但操作繁瑣，容易出現(xiàn)失誤，加大電網(wǎng)投入成本，而且不易實(shí)現(xiàn)。無法量化，不易找到平衡點(diǎn)，雖簡單易行但并不適用于生產(chǎn)實(shí)際。

(3)對(duì)電壓互感器的勵(lì)磁特性進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，盡可能降低互感器鐵芯正常運(yùn)行工作點(diǎn)，現(xiàn)市場上己有互感器的更新產(chǎn)品，此類產(chǎn)品采用低磁密設(shè)計(jì)，在一次側(cè)的繞組和絕緣層之間加裝了電容屏蔽層。從而使鐵芯不易飽合，對(duì)較高電壓的耐受力明顯增強(qiáng)，減少符合諧振條件的機(jī)率，提高鐵磁諧振的穩(wěn)定性，保障互感器的安全運(yùn)行，減小暫態(tài)電流。同時(shí)能夠消除多余的磁能量，從而保證在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí)電壓互感器不被間歇性短路電流破壞。

(4)充分利用變電站內(nèi)母線電容器，現(xiàn)大部分變電站內(nèi)己安裝有無功補(bǔ)償裝置，現(xiàn)已逐步由自動(dòng)補(bǔ)償裝置取代，當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生符合諧振條件或進(jìn)行倒閘操作后電壓不穩(wěn)時(shí)，將自動(dòng)投入無功負(fù)荷，增大母線電容，使母線失去諧振條件，待電壓穩(wěn)定后自動(dòng)將無功裝置退出，避免過補(bǔ)償。

(5)利用零序電壓互感器，在零序電壓互感器的開口三角與二次保護(hù)裝置并聯(lián)，在發(fā)生單相接地短路時(shí)，開口三角處會(huì)流過零序電，作用于保護(hù)裝置動(dòng)作，限制非故障相互感器電壓升高。即在原電壓互器的中性點(diǎn)串入單相零序電壓互感器。在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，零序電壓由零序電互感器負(fù)擔(dān)，從而使得非故障相電壓產(chǎn)生較小升高，互感器鐵芯不易飽合，不具備諧振條件。

(6)在客戶設(shè)備的保護(hù)配置當(dāng)中，注重對(duì)負(fù)載的額定電流及短路電流的校核，同時(shí)兼顧電壓互感器的額定容量及單相接地時(shí)的最大短路電流。依此按照逐級(jí)匹配原則進(jìn)行配置，保障保護(hù)線路后側(cè)發(fā)生短路時(shí)能快速有效的切除故障設(shè)備。

4　結(jié)語

電壓互感器是電氣回路中聯(lián)接一次二次設(shè)備的重要設(shè)施，由于互感器設(shè)備的特殊性，一次側(cè)中性點(diǎn)直接接地，二次側(cè)則有開口三角與保護(hù)裝置并聯(lián)，出現(xiàn)諧振過電壓時(shí)，避雷器不能有效保護(hù)其安全性。而且受電系統(tǒng)復(fù)雜，對(duì)地電感電容隨時(shí)發(fā)生變化，在具備諧振條件時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)電壓升高，影響電氣設(shè)備可靠運(yùn)行，但只要找對(duì)原因，具體分析根據(jù)上述各種措施或?qū)ΜF(xiàn)有施備進(jìn)行改造，或新增自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備，使電力系統(tǒng)的電容和電感不具備匹配條件，減小對(duì)電力設(shè)施的損壞條件。仍然需要在工作中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)更加簡單易行又有效的手段方法，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，來降低電壓互感器的損壞率，保障電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

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(本文編輯：嚴(yán)加)

Prevention and control of Voltage Transformer Resonance Damage

YIN Li-xin1, GU Wei2

(1. Taiyuan Power Supply Company, Taiyuan 030001, China;2. State Grid Fengxian Power Supply Company, SMEPC, Shanghai 201400, China)

In the small current grounding system, the bus line is usually equipped with HV transformers for monitoring bus voltage to reflect the single-phase ground insulation status. When single-phase ground occurs, due to the voltage drop, the transformer magnetizing impedance also falls. The exact match between reactance and capacitance will cause resonance, easily leading to the transformer fuse burning, even transformer damage. This could endanger the reliability of power system and powered devices. This paper analyzes the above problems and proposes solutions, hoping to improve the reliability of power supply and stability of the operations of the electrical equipment for end users.

electromagnetic voltage transformer; ferromagnetic resonance; harmonic elimination measures; supply reliability

10.11973/dlyny201604008

尹莉欣(1977)，女，工程師，從事城市供電網(wǎng)絡(luò)用電監(jiān)察工作。

TM451

B

2095-1256(2016)04-0442-03

2016-05-13