張 明

（鄭州局集團(tuán)公司洛陽(yáng)供電段，高級(jí)技師 河南 洛陽(yáng) 471OOO）

鄭西高鐵某配電所采用ABB公司生產(chǎn)的10kV SF6氣體絕緣開(kāi)關(guān)柜（GIS柜），10kV進(jìn)線采用小電流接地系統(tǒng)，設(shè)置電壓互感器二次開(kāi)口三角處接入消諧電阻接線，近幾年頻繁出現(xiàn)電壓互感器燒毀事故。其中2016年12月20日9∶45該所電源零序電壓報(bào)警，并伴有電壓互感器發(fā)出異常糊味。其裝置采集的電壓：Ua、Ub、Uc、3U0分別為8.51kV、16.20kV、10.19kV、31.6kV、，其原因?yàn)槭鹿蕰r(shí)天氣不好，造成線路供電局單相間隙性接地引起。

1 電壓互感器PT接線的不足

鄭西高鐵某配電所10kV進(jìn)線采用小電流接地系統(tǒng)，其進(jìn)線上安裝的電壓互感器采用Y./Y./開(kāi)口三角形接線，并在開(kāi)口三角形處接入消諧電阻，其接線如圖1所示。

圖1 配電所壓互感器接線

1.1 消除諧振原理圖1中在電壓互感器的開(kāi)口三角繞組兩端加裝電阻R消除諧振的方法又稱為二次消諧,其二次消諧的原理為當(dāng)發(fā)生鐵磁諧振時(shí)，開(kāi)口繞組兩端的零序電壓將在消諧電阻上產(chǎn)生零序電流，電流對(duì)高壓繞組有去磁作用，可以避免互感器鐵心飽和，從而可以有效地抑制諧振。

1.2 二次消諧不足的原因在實(shí)際運(yùn)行中由于配電網(wǎng)的進(jìn)線的復(fù)雜多變，在架空線和電纜及其進(jìn)線路數(shù)不確定的情況下，很難從系統(tǒng)參數(shù)上防范鐵磁諧振的發(fā)生，其實(shí)際情況是，采取的防范措施多是發(fā)生諧振之中采取的防范措施，根據(jù)相關(guān)資料，鐵磁諧振對(duì)系統(tǒng)參數(shù)極其敏感。其諧振按照諧振頻率的不同，電磁諧振分為分頻、基頻、高頻諧振，而我們采取的防范措施通常對(duì)一種頻率的諧振是有效的，而對(duì)另一種的頻率諧振可能無(wú)作用。

1.3 電壓互感器PT接線效果有局限性根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)10kv及以下的電壓等級(jí)，在電壓互感器開(kāi)口繞組加裝電阻R的二次消諧，在電壓互感器電磁特性較好的情況下對(duì)抑制鐵磁諧振過(guò)電壓時(shí)比較有效；但電壓互感器的勵(lì)磁特性比較差或系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)系統(tǒng)擾動(dòng)的配電網(wǎng)，在單相接地故障瞬間消除、瞬間合閘等的情況下電阻R的熱容量則很難滿足要求，電壓互感器的極限允許容量也難以達(dá)到要求；如果將阻尼電阻永久性接入電路，一旦系統(tǒng)發(fā)生持續(xù)性單相接地故障，將會(huì)在電壓互感器開(kāi)口三角繞組內(nèi)產(chǎn)生很大的零序環(huán)流，造成PT絕緣損壞甚至燒毀。

2 單相接地故障時(shí)PT的過(guò)電壓

實(shí)際運(yùn)行中配電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)帶電壓互感器的等值圖如圖2所示。

圖2 配電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)帶電壓互感器的等值圖

圖2 中EA、EB和Ec分別為電源三相電動(dòng)勢(shì)，Eo為中性點(diǎn)對(duì)地電壓，Cn為線路對(duì)地電容，由于相間電容和互感三相對(duì)稱，單相接地故障下相間電壓不變。

在配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)各相對(duì)地電容CA=CB=Cc=Co，此時(shí)互感器的勵(lì)磁感抗很大，其各相阻抗以導(dǎo)線對(duì)地電容的容抗為主，電網(wǎng)對(duì)地中性點(diǎn)電壓Eo基本接近于0。但是當(dāng)受到操作或故障等外界因素的影響時(shí)，在三相繞組飽和的影響下，因YA≠YB≠YC，導(dǎo)致中性點(diǎn)發(fā)生偏移，出現(xiàn)中性點(diǎn)電壓，該電位偏移與各相電感的飽和程度密切相關(guān)，其中性點(diǎn)電壓Eo的大小可由下式計(jì)算：

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生諧波諧振時(shí)，系統(tǒng)的中性點(diǎn)電壓為諧波電壓，設(shè)諧波諧振時(shí)系統(tǒng)的零序電壓為Eo，電壓的有效值為E：則三相對(duì)地的電壓有效值為：

3 單相接地故障對(duì)鐵磁諧振的影響

在10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，單相接地故障時(shí)故障點(diǎn)流過(guò)容性電流，未發(fā)生接地故障的相電壓升高至線電壓，當(dāng)接地故障瞬間消失時(shí)，未發(fā)生接地故障的相對(duì)地電壓將突變回原來(lái)的相電壓，需要通過(guò)電壓互感器PT一次繞組有一個(gè)充分放電的過(guò)渡過(guò)程，以便將電網(wǎng)對(duì)地電容多余電荷釋放掉，在中性點(diǎn)不接地10kV系統(tǒng)中只有通過(guò)電壓互感器PT的中性點(diǎn)才能構(gòu)成釋放回路，大量電荷的短時(shí)間經(jīng)一次中性點(diǎn)進(jìn)行釋放，很容易造成電壓互感器PT飽和及勵(lì)磁電感劇烈降低，在對(duì)地電容滿足及系統(tǒng)參數(shù)匹配時(shí)則發(fā)生諧振。在某所C相接地故障消失時(shí)采集的中性點(diǎn)電壓波形（見(jiàn)圖3）及A相電壓波形（見(jiàn)圖4）。

圖3 中性點(diǎn)上的電壓波形

圖4 A相PT上的電壓波形

4 電壓互感器故障分析

4.1 鐵磁諧振導(dǎo)致故障電壓互感器PT屬于帶鐵芯的電感元件，但配電所的電源進(jìn)線電纜擊穿接地或由于電力系統(tǒng)受到某些擾動(dòng)(如間歇性電弧接地)時(shí)，其產(chǎn)生高電壓作用于電壓互感器時(shí)，由于電壓互感器的勵(lì)磁特性差，電壓互感器的磁通可能會(huì)飽和，致使鐵芯繞組的電抗值降低，與電力系統(tǒng)中的電容構(gòu)成諧振電路。一般把帶鐵芯的電感元件產(chǎn)生的諧振稱為鐵磁諧振

4.2 故障可能造成的后果在10kV系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，單個(gè)電壓互感器承受的電壓應(yīng)該在5.8kv左右，但在單相接地時(shí)，根據(jù)向量圖分析可知，單個(gè)電壓互感器承受的電壓上升到11kV左右，如果發(fā)生諧振時(shí)電壓則更高，其采集的電壓為16.20kV。根據(jù)圖5電壓互感器的勵(lì)磁特性曲線，電壓互感器在相電壓和線電壓下，電流隨電壓增長(zhǎng)緩慢，但是當(dāng)電壓越過(guò)線電壓后，電流隨電壓非線性急速增長(zhǎng)，當(dāng)達(dá)到2倍的相電壓時(shí)，電流為正常工作勵(lì)磁電流的45.71倍，由于鄭西高鐵配電所采用GIS開(kāi)關(guān)柜，電壓互感器一次未接高壓保險(xiǎn)，頻繁出現(xiàn)很容易造成電壓互感燒毀或使電壓互感器PT發(fā)出異常糊味。

圖5 電壓互感器勵(lì)磁特性曲線

5 電壓互感器的接線改進(jìn)措施

5.1 改進(jìn)電路在電壓互感器PT的一次側(cè)中性點(diǎn)上串聯(lián)一個(gè)合適的電阻RN，相當(dāng)于在每相繞組之中串聯(lián)了一個(gè)電阻，既可以減小過(guò)電壓及過(guò)電流，又改善了PT的勵(lì)磁特性。其接線如圖6所示。

圖6 改造后配電所壓互感器接線

5.2 安裝電阻RN的作用

1）消除電壓互感器飽和過(guò)電壓。

2）減小在PT產(chǎn)生的低頻飽和過(guò)電流。

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)單相短路接地時(shí)，根據(jù)向量圖得知，其非故障相的電壓從相電壓升高至線電壓。但當(dāng)接地故障消失的瞬間，非故障相也同時(shí)瞬間恢復(fù)到相電壓，此時(shí)就產(chǎn)生了大量的多余電荷，而這些電荷通過(guò)PT的一次側(cè)中性點(diǎn)流入大地時(shí)，當(dāng)中性點(diǎn)連接的電阻RN數(shù)值合適時(shí)，單相短路接地故障消失的時(shí)刻，過(guò)多的電荷就會(huì)經(jīng)過(guò)RN再流入到大地，這樣就抑制了低頻飽和電流對(duì)PT的損害。與此同時(shí)，RN在零序回路中起到了分壓的作用，就使PT避免了鐵芯飽和，降低了因鐵芯飽和而發(fā)生的過(guò)電壓及鐵磁諧振的發(fā)生。

5.3 電阻RN合理選擇PT一次繞組中性點(diǎn)經(jīng)線性電阻RN合理的選擇，不僅要充分考慮數(shù)值的大小，同時(shí)還應(yīng)考慮電阻容量并留有一定的裕度。根據(jù)試驗(yàn)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可知，當(dāng)RN=50KΩ時(shí)能很好的抑制鐵磁諧振，雖然PT一次繞組中性點(diǎn)接入電阻R0越大抑制效果越好，但電阻R0越大在故障消失時(shí)會(huì)產(chǎn)生很高的過(guò)電壓，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)得到的電阻RN應(yīng)該高于50kΩ；當(dāng)RN=50kΩ時(shí)，PR0=U2/R=394.1W,考慮一定的裕度，則取容量500W。

6 結(jié)束語(yǔ)

配電所PT接線改造后，PT一次中心點(diǎn)經(jīng)電阻RN接地對(duì)分頻鐵磁諧振具有很好的抑制作用，但會(huì)出現(xiàn)PT二次三相電壓偏差大，零序電壓高，頻繁出現(xiàn)電壓超限報(bào)警的異常情況，還需繼續(xù)觀察分析報(bào)警參數(shù)，以便調(diào)整保護(hù)裝置參數(shù)。