電網發生間歇性單相接地時電壓互感器內部暫態過程分析

張書華 宋愛霞 艾傳敏 國網山東省電力公司寧津縣供電公司

電網發生間歇性單相接地時電壓互感器內部暫態過程分析

張書華 宋愛霞 艾傳敏 國網山東省電力公司寧津縣供電公司

本文介紹電網中單相接地和電壓互感器的概念，并進一步分析電網發生間歇性單相接地時電壓互感器內部暫態過程。

間歇性單相接地；電壓互感器；暫態過程

前言

若電網在正常的運行過程中出現間歇性的接地現象，則會導致電網中的電壓互感器的內部電壓出現突然變化，這種急劇變化會導致電網系統內部出現一定的反應。利用電壓信號對整個電路進行相應的分析和檢測后發現，整個電路系統出現相應的調整。[1]同時，在電力系統的日常運行狀態下，出現單相接地的頻率相對較高，若不能針對接地的現象采取相應措施并及時跳閘處理接地線路，電網運行維護人員可以利用隔離裝置來對發生故障的位置進行搶救性的處理，最終為電路的維護爭取及時有效的時間，保證電路系統的正常運行。

1.電壓互感器的介紹

作為一種電網中的常見設備，電壓互感器在電路中起著鏈接一次系統和二次系統的作用。若在線路中施加一定的電壓值，則線路中的電壓互感器中的鐵芯會發生一定的變化，并產生磁場。可以根據電壓互感器中的電磁場的感性情況來分析產生的二次電壓。若改變二次電壓的大小或者其線路中的線圈匝數，則會導致其產生不同的電磁電壓，最終形成相對應的不同電壓值。根據電壓互感器中的電壓比例可以其分為光電式電壓互感器、電子式電壓互感器、測量儀表類的電壓互感器幾種電壓互感器的類型。當電壓互感器進入運行狀態時，電壓互感器中的恒定空載狀態會導致電壓互感器中的阻抗值維持在比較低的水平。電網出現單相接地現象時，接地現象比較穩定，整個電網系統中的相應設備出現較為穩定的電壓值，此時，沒有接地的三相電壓會升高。若單相接地時，電壓互感器和電網之間會相互串聯，最終導致電力系統的破壞程度加大。根據電壓互感器的內部結構進行分析可以發現，電壓互感器內部的鐵芯是一種不能感應元件，所以，電網比地面具有更大的電容量，這會導致電網中的線路電壓急劇上升，最終線路電壓過大，電壓互感器中的保險絲出現熔斷，嚴重的甚至會導致變電站出現大規模停電現象。

2.電壓互感器的電流原理分析

如下圖所示，利用該圖來進行暫穩態的分析，通過該分析來查詢電壓互感器的內部故障情況。圖中顯示的是三種不同電壓變壓器的電路圖，該圖中的電路中包含三個電源電勢，被簡稱為電源電勢。LA，LB，LC表示的是電壓狀態下的不同電容量值，0點表示的是位于中性點電壓位置的電容值，相對應的是電壓互感器中的電感和電壓。其中02表示的是接地狀態，而01是在電容接地時，起到橋梁的作用。實際中，在不同電壓的線路里，電網系統中的絕緣層和電壓較高位置要低，這在較低電壓的線路中表現尤為明顯。所以，在單相線路發生接地時，系統溫度很容易升高，并發生系統故障。經過大量的實踐證明，電壓互感器在電網單相接地時，發生故障的概率比較高，所以，分析接地暫態過程中的電流具有很大的重要性。

圖1 暫穩態分析電路圖

圖2 電壓互感器中的實驗電壓和電流的變化關系

3.實驗室內測試電壓互感器的勵磁特性和涌流

可以在實驗室內測試電壓互感器的勵磁特性，利用實驗室的輸配電設備輔助實驗進行，同時在該實驗的基礎上進行涌流實驗。實驗中發現，電流和電壓成正比例管理，當電壓增加時電流也會逐漸增加，但是電流的增加并沒有呈現出較為明顯的線性現象。當實驗中的電壓值增加到111V，電流的增長速度與之間的電流增加速度相互比較會發生明顯的變化。根據實驗中的勵磁涌流及實驗中所建立的并聯模型可以分析出暫穩態的過程。電壓狀態不同，電壓互感器中的涌流數據也互不相同。圖2所表示的是電壓和電流的對應關系，圖中所表示的電壓和電流的涌流數值分別是240V和190A。該實驗中的電壓互感器的電壓值在飽和電壓值時，勵磁涌流的數據指數會逐漸變大，在對電網發生間歇性單相接地電壓互感器內部的故障研究時，需要采用暫穩態的分析辦法來進行分析。

根據某變電站中的設備為例，當把變電站中的兩條母線相互并聯連接時，高壓導線會由于線路中的溫度過高而溫度逐漸升高，溫度升高會引起電壓互感器中的保險絲出現熔斷。電壓互感器在保險絲出現熔斷后，其電壓檢測儀器上會出現異常的數值，電壓互感器會自動開啟記錄數據的功能，并同時檢測電壓的變化關系。不同的錄波曲線中會對應不同的電壓數據一起線路中的三相開口電流值。若第一段中電壓在下一個周期的轉變過程中變成零值，同時伴隨其他兩相電壓數值異常，則可以判定為第一相電壓出現接地。而此時電壓和電流的不穩定情況會導致整個電路中出現電阻異常的故障。對線路進行暫穩態的分析可以發現，一相電壓接地之前的電壓值是其他兩相的1/5，電壓峰值在330V，隨即產生了保護的勵磁涌流。勵磁涌流的現象會導致電流值超過正常值的范圍，并導致高壓互感器以及熔斷器出現故障。所以，若單相接地電壓不連續時，電壓的反復變化以及電壓的沖擊性可以導致電壓互感器中的鐵芯處于飽和狀態并難以逆轉。若一相電壓出現變化，其他的兩相電壓會熔斷。[2]此外，若電網中的單相電壓發生接地的故障，電網中沒有發生故障的線路上所分布的電壓值與發生故障的電壓線路相比較，其電壓數值會變大，最終導致電網中發生故障的線路內部的電壓互感器的保險絲在大電流的流通下，保險絲由于溫度過高最終出現涌流效應。

4.結語

綜上所述，電網中的電壓互感器一旦發生損壞，會導致電網中的電壓和電流出現異常情況，所以需要通過電網線路中的線路并聯模型進行電容和電感的暫穩太分析，最終確定電網中出現間歇性單相接地，線路中的電壓互感器發生電路故障的機理。分析時需要利用電壓互感器中的鐵芯所出現的磁場效應使得線路中的電壓、電流出現最大值。電壓和電流值變大會導致線路中的熱量升高最終線路熔斷。若單相線路不接地，線路中性點的變化會處于不穩定的狀態，互感器內部電壓的頻率變化，線路中暫歇電流會導致線路中的零部件過熱而出現零部件故障。

[1]林莉,何月,王軍兵,張向伍,郭文宇,中性點不接地電網單相接地時電壓互感器損壞機理 [J]. 高電壓技術 ,2013,05:1114-1120.