電磁式電壓互感器的諧振分析及限制措施探討

鐘潔

（廣西電網有限責任公司防城港供電局 廣西防城港 538001）

電磁式電壓互感器的諧振分析及限制措施探討

鐘潔

（廣西電網有限責任公司防城港供電局 廣西防城港 538001）

目前，導致電網出現過電壓的原因比較多，較為頻繁的就是諧振的過電壓，這種過電壓危害性比較大。一旦發生諧振過電壓，經常會導致電氣設備損壞，甚至于出現停電的事故。因此為防止發生諧振的過電壓，在操作與設計電網的過程中，需要進行準確估算，防止產生串聯諧振的回路。本文主要分析了電壓互感器產生鐵磁諧振的主要原因，并提出相應的限制措施，確保電力系統運行的可靠性與安全性。

過電壓；諧振；分析及限制；探討

1 概述

電力系統運行和實驗表明，在中性點不接地系統中，當系統進行操作、發生故障單相接地突然消失或外界對系統的干擾時，變壓器、互感器等含鐵芯元件的非線性電感元件與系統中電容匹配時，可以產生不同頻率的鐵磁諧振。諧振時產生過電壓或過電流，過電壓對電氣設備的絕緣構成嚴重威脅，過電流引發PT爆炸，對電力系統安全、穩定、可靠運行十分不利。

2 實例分析

2.1 工程概況

220kV某站10kV系統為中性點不接地系統，在10kV系統出現A相單相接地發展成三相接地，發生10kV母線電壓互感器燒壞的故障。從錄波圖看出10時28分由于10kV系統出現瞬時接地誘發10kV母線電壓波形發生畸變、含有大量諧波，系統內開始諧振，具體從圖1可以看出，諧振一直持續到11時43分A相電壓互感器絕緣擊穿，造成10kV系統A相接地，具體從圖2可以看出。11時48分B、C相電壓互感器絕緣擊穿，10kV系統三相接地產生短路電流，最終保護跳閘切除故障。導致電壓互感器燒毀的直接原因是諧振過電壓。

圖1 電壓諧振初始時刻波形圖

2.2 電壓互感器產生鐵磁諧振的主要原因

在中性點的不接地體系中，為實時監視對地的絕緣，經常會在母線上連接Y接線電磁式的電壓互感器，具體從圖3中可以看出，圖中u0是電源的電勢，而C是線路對地的電容，電液互感器的激勵電感為L，中性點位置串聯的消諧電阻為R0。在正常的運行下，電壓互感器的勵磁感抗比較大，且數值經常在兆歐級之上。而C數值要根據線路長短來定，如果線路越長，其容抗就會越小。例如：1km線路，每相對地的電容大約是0.004μF，一次1km線路容抗在1MΩ以下，可見，整個電網中對地呈容性，且保持對稱，其中中性點位移電壓比較小，與近地電位較為接近。但是電壓互感器勵磁電感會隨著電流大小發生變化，U-I特性從圖4中可以看出。

從圖4中容易看出，曲線起始段基本是直線，電感一直是常數。一旦激磁電流增大，鐵芯就會漸漸飽和，然后就值就會降低。在正常的運行狀態下，鐵芯工作范圍呈直線，一旦系統發生波動，例如：電壓互感器合閘時產生巨大電流，或者是線路瞬間的單相弧光接地，都會導致電壓的互感器出現三相不同的程度飽和，嚴重損害了電網對程性。中性點就會產生高位移的電壓，從而引發諧振[1]。

圖2 A相電壓互感器擊穿時刻波形圖

圖3 電磁式電壓互感器引起鐵磁諧振的等值電路

圖4 電壓互感器U-I曲線圖

3 防止鐵磁諧振的措施

隨著電網不斷發展，線路的參數也隨之產生變化，加之，大量使用鐵磁式的電壓互感器，在某種程度上加大了電網鐵磁諧振發生可能性。因此，為保證電網供電的安全性，需要使用相應的措施防止產生鐵磁諧振。此外，防止產生鐵磁諧振，還要從供電系統的電氣參數入手，對參數進行改變。這樣不僅可以防止發生電壓互感器飽和的情況，而且可以有效預防鐵磁諧振的過電壓產生。

3.1 電氣參數的改變

3.1.1 配備繼電保護的設備

一旦電網出現單相接地的故障，為了對電壓互感器諧振參數進行改變，需要裝設繼電保護的設備。這個裝置主要是應用單相接地過程中大諧波的電流，將電流的繼電器啟動并投入使用，把電壓互感器中二次開口位置三角處進行繞組的短接。當排除故障以后，繼電保護裝置可以恢復到原裝，從而使電壓互感器正常的運行。

3.1.2 選擇不容易飽和或是三相五柱式的電壓互感器

10kV系統中所用電壓的互感器，需要選擇勵磁感抗超過1.5MΩ的互感器。

3.1.3 壓縮電壓互感器的臺數

在同一個電網中，需要壓縮電壓互感器臺數，特別是對中性點位置接地的電壓互感器臺數進行限制。

3.1.4 每相對地應加裝電容器

這種方式能夠減小網絡等值，只要網絡等值的電抗無法匹配，就可以將諧振消除。

3.1.5 在中性點位置裝設消弧線圈

如果10kV系統中產生諧振，并且單相的接地電流數值與30安接近時，需要把中性點接地。

3.1.6 投入備用的線路

如果系統中僅有一個互感器時，且供電線路的總長度比較短時，可以投入一些備用的線路，這樣可以避免發生諧振。

3.2 消耗諧振的能量

3.2.1 TV一次側的中性點經高阻抗的接地

在三臺單相的TV或是三相T一次側的中性點和地間連接單相電流，這個方式也叫做4TV法。4TV方式一共有兩種連接方法：①把三相TV的開口三角進行短接，這種連接方式比較簡單，可是比較容易出現單相接地故障，導致電流環流在三角口，從而將PT燒毀。②直接連接三相TV的開口三角，這個方式能夠有效避免第一種方式中存在的缺陷。換句話說，應用4TV方式能夠諧振的初期阻止過電壓，確保電力系統可以正常的工作[2]。

3.2.2 在TV一次的側中性點串聯消諧器

將復合電阻的消諧器串接到TV一次側的中性點，可以達到抑制諧波、消耗能量與阻尼作用，這個方式也可以叫做一次性消諧。經研究可以表明隨R加大，諧振范圍也就會變小，如果電阻條件滿足R＞16%XLE時，能夠將鐵磁諧振徹底消除，其中XLE是TV單相的感抗。如果沒有連接消諧器，一旦系統C相出現單相接地，C系統與地相對的電壓Ucn等于0。

式中UBO和UAO分別是Ab兩相對低電壓，UBC、UAC分別是BC與AC相間線電壓，而Uφ是正常系統中相電壓，這時候流經AB兩相的高壓繞組電流是：

3.2.3 裝設消諧裝置

可以在互感器開口三角位置繞組連接消諧的裝置，如果產生諧振，在設計的周波下電壓達到動作的數值時，鑒頻系統會自動地投入消諧電阻，吸收諧振的能量，將鐵磁諧振消除。此外，10～35kV電液比較容易發生鐵磁的諧振，致使互感器受損，引發停電故障，嚴重威脅到供電的安全性。如果裝設了消諧的裝置，一旦發生諧振，消諧裝置可以及時進行處理，從而確保電網運行安全性與可靠性。

4 結語

綜上所述，在不接地的系統中，比較容易發生鐵磁諧振，而且故障的類型比較復雜，導致消諧措施選擇變成當下一個難題。因此要按照鐵磁諧振類型對激發的條件進行歸類，然后針對鐵磁諧振來制定相應措施，確保電力系統可以正常運行。同時，還要全方面分析現有消諧措施，對各種消諧措施局限性與優點進行分析。①盡可能選擇勵磁性比較好的TV，盡可能將并聯TV數量減少；②將消諧器串聯到一次側的中性點上，同時選擇合適電阻，這樣不僅可以將鐵磁諧振的過電壓徹底消除，而且還能夠控制好分頻諧振的過電流，比較適合應用在對地電容比較大、容量較大電網中。

[1]張玲云.中性點不接地系統單相接地時10kV電壓互感器損壞原因分析[J].電子制作，2015，23（02）：46.

[2]李國輝.10kV電壓互感器高壓熔絲頻繁熔斷的故障分析及預控措施[J].中國新技術新產品，2013，15（19）：74～75.

TM451

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1004-7344（2016）03-0069-02

2016-1-3

鐘潔（1985-），女，工程師，本科，主要從事變電運行檢修管理工作。