變電站6kV系統鐵磁諧振分析

張春華

（中原油田石化總廠 457000）

變電站6kV系統鐵磁諧振分析

張春華

（中原油田石化總廠 457000）

中原油田石化總廠變電站在運行過程中經常發生鐵磁諧振，往往會造成嚴重后果，輕則引起PT保險熔斷，重則發生PT燒毀、絕緣閃絡、避雷器爆炸等事故。我們通過測試中原油田石化總廠變電站6kV系統的電容電流及電壓互感器伏安特性，計算其基頻容抗與感抗的比值，阻抗比落在1/2分頻諧振區域，分析出電壓互感器高壓保險熔斷的原因為系統發生了鐵磁諧振，提出了消弧線圈投入運行及更換不易飽和電壓互感器等改進措施。達到了變電站PT平穩運行的結果，確保了全廠供電的安全性和可靠性。

6kV系統；鐵磁諧振；分析

前言

電力系統中經常發生鐵磁諧振過電壓，諧振是一種穩態現象，電網中的電感、電容元件在系統進行操作或發生故障時可形成各種振蕩回路，在一定的能源作用下，會產生諧振現象，導致系統某些元件出現嚴重的過電壓而且諧振過電壓還可能在過渡過程結束以后較長時間內穩定存在，直到發生新的操作、諧振條件受到破壞為止。諧振過電壓的持續時間要比操作過電壓長得多，這種過電壓一旦發生，往往會造成嚴重后果，輕則引起PT保險熔斷，重則發生PT燒毀、絕緣閃絡、避雷器爆炸等事故。中原油田石化總廠變電站的運行經驗表明，諧振過電壓可以在各種電壓等級的網絡中產生，尤其是在35kV及以下的電網中，由諧振造成的事故較多，已成為中原油田石化總廠變電站急需解決的問題。

1 鐵磁諧振產生的原因

（1）在中性點不接地系統中，為了監視三相對地電壓，變電站母線上常接有Y0接線的電磁式電壓互感器。于是網絡對地參數除了電力設備和導線的對地電容C0外，還有電壓互感器的勵磁電感L。常運行時，電壓互感器的勵磁阻抗是很大的，所以網絡對地阻抗仍呈容性，三相基本平衡，電網中性點0的位移電壓甚小。但當系統中出現某些擾動，使電壓互感器三相電感飽和程度不同時，電網中性點就有較高的位移電壓，可能激發起諧振過電壓。

（2）常見的使電壓互感器產生嚴重飽和的情況有：電壓互感器的突然合閘，使其某一相或兩相繞組內產生巨大的涌流；由于雷擊或其他原因，線路瞬間單相弧光接地，使健全相電壓突然升高至線電壓，而故障相在接地消失時又可能有電壓的突然上升，這些暫態過程中也會有很大的涌流；傳遞過電壓，如高壓繞組側發生單相接地或不同期合閘，低壓側有傳遞過電壓使電壓互感器鐵芯飽和等等。

2 中原油田石化總廠變電站鐵磁諧振故障及分析

中原油田石化總廠變電所主要擔負著石化總廠廠煉化生產的供電任務，年供電量近7萬kW·h。該站共有2條35kV進線，為雙母線進線方式，站內兩臺主變壓器容量均為12500kVA，35kV斷路器共有5組，6kV高壓開關柜30面，電纜出線30條。

（1）該站接有母線對地電容器和消諧器，但還是經常發生鐵磁諧振現象，每年更換150余只PT保險。僅2013年4月17日至5月8日的21天時間里，該站就先后出現一個晚上更換30余只PT保險的情況，共造成52只熔斷器熔斷、6只6kV PT過熱燒壞故障，消諧器多次報1/2、1/3分頻諧振信號。

（2）電壓互感器伏安特性測試。2010年5月20日測試了該變電站6kV系統PT伏安特性，具體情況如下。由U1=U2×K，I1=I2/K（PT變比K=60），將二次電壓、電流折算至高壓側，可得PT感抗。兩段6只PT并聯后感抗約為：XL總＝15.2316kΩ。

（3）分析PT伏安特性曲線可知：在額定電壓時（57.7V），變電站6kV系統Ⅰ、Ⅱ段PT運行在伏安特性曲線的線性段；大于額定電壓后（57.7～70V），PT工作在伏安特性曲線的膝部，當系統單相接地時，其非接地相的相電壓升高，此時PT即進入飽和狀態，使互感器進入飽和區工作，電流劇增，從而造成互感器一次保險熔斷。

（4）零序容抗與感抗的比值為：XC0/XL=728Ω/15.2316kΩ=0.0478

根據肖特（H.S.Shott）和彼德生（H.A.Peterson）對典型互感器勵磁特性研究可知：當XC/XL=0.01～0.08時，阻抗比剛好落在1/2分頻諧振區域，電壓互感器回路可能會發生1/2分頻諧振。由此可見，導致石化總廠變電站6kV PT高壓保險頻繁熔斷、PT過熱燒壞的原因為：電網單相接地時，引起弧光過電壓使電壓互感器鐵芯飽和，1/2分頻時6kV系統電壓互感器與線路對地電容回路發生了鐵磁諧振。

3 變電站鐵磁諧振過電壓的防治與消除措施

防止和消除6～35kV電網鐵磁諧振的措施一般可歸納為兩大類：①改變參數，破壞產生諧振的條件；②接入阻尼電阻，增大回路的阻尼效應。電壓互感器引起鐵磁諧振的區域是阻抗比XC0/XL的函數，為了躲開諧振區域，可以改變XC0或XL，常用方法如下：

（1）改變參數躲開諧振區

改變XC0。XL不變時，減小或增大XC0，都可以達到改變XC0/XL的目的。如在變電站的母線上增加出線數，或在母線上加裝集中電容器。

（2）改變 XL。當 XC0不變時，增大 XL，使 XC0/XL＜0.01，避免諧振的發生。增大XL的方法有：選用勵磁特性好的電壓互感器，使其工作點在伏安特性的線性部分。減少電壓互感器的并聯臺數或高壓側一次中性點的接地臺數。投入消弧線圈，幫助瞬間接地電弧的熄滅，從而有效防止單相弧光接地引起的過電壓，避免電壓互感器鐵芯飽和。在裝設消弧線圈后，鐵磁諧振顯著減少，運行效果較好。

（3）增大回路的阻尼效應。在電壓互感器二次繞組開口三角端子接入阻尼電阻。電壓互感器二次側開口三角處繞組兩端沒有電壓。或只有極小的不對稱電壓。當電網發生故障時，由于此電阻阻值較小，故繞組兩端近似短接，起到了改變電壓互感器參數的作用。這一措施能防止電壓互感器發生磁飽和，還可以有效地消耗諧振的能量，從而達到避免諧振過電壓。

（4）在互感器高壓繞組中性點串接電阻。電壓互感器一次側中性點與對地之間接入阻尼電阻。阻尼電阻是根據電阻在電路中的作用命名，是防止回路等幅震蕩，在線路中串聯電阻來消耗一部分能引起震蕩的能量。低壓下它呈現高電阻值，通過電阻限流作用，會對諧振初期有抑制，單相接地時，阻尼電阻上呈現千余伏電壓，它的非線性電阻下降，使其不影響接地保護的工作，也同時起到吸收諧振的作用。

4 結束語

目前，經過兩年多的運行，變電站6kV PT高壓保險無一次燒毀現象發生，從而使變電站PT運行狀態更加平穩，確保了全廠供電的安全性和可靠性。實踐證明，上述兩種方法相結合使用時，應用較好。

TM864

A

1004-7344（2016）13-0065-01

2016-4-15