消除PT諧振的措施及4PT消諧分析

言穆昀，劉 杰，韓海寧(.中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300074; .天津昱丞高科工程設計有限公司，天津 300074)

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消除PT諧振的措施及4PT消諧分析

言穆昀1，劉 杰1，韓海寧2
(1.中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300074; 2.天津昱丞高科工程設計有限公司，天津 300074)

〔摘 要〕針對變電站小電流接地系統PT因受干擾而出現諧振現象，進而導致PT燒壞的事故，以消除PT諧振的措施為出發點，分析了4PT消除諧振的原理，并介紹了能消除常規4PT接線方式存在問題的改進型4PT的接線方式。

〔關鍵詞〕小電流接地系統；鐵磁諧振；消諧；改進型4PT

0 引言

在變電站的日常運行中，電壓互感器(PT)的作用相當重要。它不僅能夠監測電壓，而且在保護、計量方面也發揮著不可替代的作用。然而，在變電站的具體運行過程中，PT也會受到一些因素的干擾，出現諧振現象，進而發生損壞。

1 消除PT諧振的措施

由于我國城市化發展進程不斷加快，電纜線路的使用呈直線上升趨勢，變電站系統對地電容也在不斷增大。就小電流接地系統而言，如果系統受到某種擾動，PT與對地電容可能產生鐵磁諧振，導致PT熔斷器熔斷，甚至可能導致PT燒壞。

鐵磁諧振發生的根本原因是電壓互感器鐵芯在某些激發條件下飽和，其感抗變小，并與線路對地電容的容抗發生諧振。這些激發條件包括在電力系統進行的某些操作(如投切空載線路、母線和補償電容器)，以及發生單相接地故障等。

根據國內外的經驗，消除諧振的主要方法有：

(1) 在變電站系統上安置消弧線圈，同時選用過補償方式工作；

(2) 變換已有運行方式，采取臨時倒閘措施；

(3) 為了保證鐵芯工作狀態不進入飽和區，選用勵磁特性較好的PT；

(4) 將PT開口三角繞組與阻抗相連接；

(5) PT高壓側中性點經單相零序電壓互感器接地，即4PT消諧法；

(6) 將PT開口三角繞組與性能較好的消諧器相連接。

其中，除了措施(2)是改變系統等值電容，破壞產生諧振的條件外，其他方式從本質上而言，主要是通過變換PT的電壓特性來消除諧振。并且在上述各項措施中，措施(1)是消除鐵磁諧振過電壓常用的一種方法，而措施(5)亦被廣泛采用，且被證明是一種更有效的消諧方法。

2 4PT消除諧振的原理

4PT消諧法就是在主PT的三相繞組中性點與地之間，接入第4個PT(即零序電壓互感器)以消除諧振的方法，4PT原理接線方式如圖1所示。

圖1　4PT原理接線方式

在正常運行時，三相電源對地電壓對稱，N′與N點對地電壓均為0，即4PT不承受電壓，其二次繞組沒有輸出電壓，YJ繼電器不會動作。當系統出現單相接地時(例如C相在D點接地，即D點電位變為0)，N′升高至相電壓，此電壓加在4PT上，其二次繞組因輸出零序電壓啟動繼電器YJ而報警。此時，電源的相間電壓仍對稱，主PT一次繞組跨接在相間電壓上，不再與接地電容并聯，因此也就不會發生諧振。主PT次級短接的開口三角繞組N3內無電流。二次繞組N2正常輸出電壓，但電壓表各相電壓都在原相電壓上疊加了零序電壓接地短路相的電壓表顯示為0，其余2相電壓表為二次線電壓(見圖2)。

圖2　單相接地短路三相電壓互感器一、二次電壓相量

3 4PT接線方式

實際應用中，4PT有2種不同的接線方式，且各有其特點。

3.1 接線方式1

接線方式1如圖3所示。由于三相電壓互感器的開口三角回路是短接的，因此主PT和零序PT分別擔負著正序電壓和零序電壓的測量功能。當系統接地故障消失后，健全相積累的電荷必須對地放電，使系統電壓恢復正常狀態。這個暫態過程所產生的放電電流比正常電流大很多倍，稱為超低頻振蕩過電流，可導致高壓熔斷器熔斷。接入4PT繞組后，能有效削弱這種超低頻振蕩電流。但如果4PT的熱容量不夠，就會在較長過電流存在期間燒壞。因此，接線方式1有必要進行改進。

3.2 接線方式2

改進后的接線方式2如圖4所示。接線方式2較接線方式1在如下2方面進行了改進。

(1) 接線方式的改進。將主PT的二次開口三角回路與零序PT的一個補償繞組按正極性串聯后接YJ。YJ的電壓包含了主PT的少部分零序電壓，因此，測量零序電壓比接線方式1要精確。同時由于零序開口三角回路不是短接的，消除了電容放電電流使熱容量不夠的開口三角繞組燒壞的隱患。

(2) 采用特殊參數的零序PT。相對主PT，4PT增大了直流電阻分量和交流勵磁阻抗，能有效抑制超低頻振蕩過電流，避免被燒壞。

圖3　接線方式 1

圖4　接線方式2

4 工程案例

某污水處理廠2段10 kV系統電壓互感器柜是三相繞組PT，開口三角處裝有二次消諧裝置，運行1年后出現一段PT高壓熔絲熔斷的故障，造成3臺高壓電機停運，影響了該廠的生產。供電部門對外線諧波進行了測試，發現其完全符合電網要求，故將二次消諧器換成100 W白熾燈，運行一段時間后再次出現諧振過電壓。經與供電部門研究后，決定徹底改造電壓互感器柜，采用圖4所示的改進型 4PT接線方式，避免了諧振的再次發生。

參考文獻：

1 吳 駿，盧 剛．小電流接地系統單相接地與諧振狀態辨識技術[J]．電力系統保護與控制， 2010，38(13)：151-154，157．

2 翁利民，陳靈欣，靳劍峰．配電網電壓互感器鐵磁諧振的特點與抑制[J]．繼電器，2004，32(20)：43-45．

3 馮旭陽．限制配電網PT過電壓、過電流的措施[J]．電氣時代，2007，56(6)：90-91．

言穆昀(1962-)，女，高級工程師，主要從事電氣工程及自動化方面的研究工作，email：yanmuyun84@cemi．com．cn。

劉 杰(1972-)，男，高級工程師，主要從事電氣工程及自動化方面的研究工作。

韓海寧(1988-)，男，助理工程師，主要從事電氣工程及自動化方面的設計工作。

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（來源：國家電網公司網站 2016-02-04）

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收稿日期：2015-09-25。