基于實例的110kV變電站10kV電壓互感器諧振分析及應對措施探討

陳本珍

【摘 要】 110kV變電站10kV側中性點不接地情況下，其電壓互感器會在特定外部條件誘發下，與該變電站下轄配網的電容元件發生鐵磁諧振，形成長時間過電壓，進而造成電網元件的大面積損壞。文章首先依托某實際案例闡述了諧振的表象與分類，其次就諧振形成機理作詳細分析，并佐以實例說明，最后提出針對性措施。文章的研究層次清晰、內容詳實，可作為提高電網運行水平的有效參考。

【關鍵詞】 電網諧振 電壓互感器 應對措施

1 引言

眾所周知，單相接地故障占據了10kV配網故障的80%以上[1]，為了避免該類故障的停電影響，很多110kV變電所的10kV側設為中性點不接地，并將10kV電壓互感器置為“Y-0”配線。在這種情況下，PT的勵磁感抗與電網對地電容組成L-C回路。當某種條件形成時，該L-C回路會發生振蕩，使電網電壓嚴重失衡、使相關設備面臨絕緣擊穿風險，并造成大面積停電。因此，預防電網諧振是非常必要的。

2 電網諧振概述

2.1 諧振表象

電網發生諧振的最主要表象就是三相電壓嚴重異常以及中性點電壓的大幅抬升。圖1所示為以A變電站為例的諧振曲線。

2.2 諧振分類

仍以A變電站為例，其發生諧振的整個過程中，小電流選線裝置報出多個諧振頻率。一般來說，諧振是按頻率分類的[2]。（1）分頻諧振。其頻率為工頻的1/2、1/3、1/4等。特點：線電壓基本不變，相電壓升高，零序電壓在100V附近。（2）高頻諧振。其頻率為工頻的3、5、7倍等。特點：線電壓不變，相電壓周期擺動，零序電壓100V以下。（3）基頻諧振。PT異響嚴重，兩相升高一相降低，零序電壓150V以上，現“虛幻”接地假象。

3 諧振原因剖析

諧振發生有兩個條件：①系統運行在欠補態，即。其中，為電源角頻率、L為系統電感、C為系統對地電容；②出現外加干擾，如不同期合閘、單相接地等等。

圖2所示為110kV變的10kV側等值電路。

上圖中，EA、EB、EC為電源側電勢，C0為各相對地電容，LA、LB、LC為10kV壓變勵磁電感。則中性點對地電壓可由下式表示。

諧振發生前，電路的各相是對稱的，有LA=LB=LC，進一步推出YA=YB=YC，而EA、EB、EC幅值相等相位互差120°角，因此UN為零。

當電網出現異常干擾時，會有相電壓發生瞬間躍變，從而使流經該相的PT電流出現激增。而由于10kV壓變為電磁型，其鐵芯易趨飽和，電流增加的結果必然是PT的勵磁電感減小，最終可能使YA、YB、YC中至少一個呈現感性，并導致YA+YB+YC=∑Y減小甚至接近0。這樣，根據式（1），∑Y的減小必然使UN急速上升，從而使故障發生擴散。

4 實例展示

仍以A變電所為例。該變電所共有10kV出線13條，其中電纜總長5.438km，架空線總長131.916km。采用文獻[3]的經驗公式計算得到系統總電容電流約為11.1A，換算至容抗量值約，而10kV壓變的勵磁感抗為兆歐級，因此對A站來說，有。2015年9月初，該站轄區有一10kV線路多次發生間歇性單相接地，造成變電所的PT熔絲多次熔斷，最后引發PT爆炸。原因剖析：發生單相接地時，電容電流會在電網和大地之間流動；當接地故障間歇消失，電容電流的流動通道就被切斷，使得因故障產生的自由電荷呈幾何級數級積累；而根據物理機制，這部分自由電荷一定會找絕緣薄弱處對地進行釋放，而星接的PT一次繞組就符合這個條件，這也是諧振中PT容易損壞的主要原因。

5 應對措施

根據上文分析，結合工作經驗，提出以下建議：（1）盡量選用性能良好的抗諧振電磁式PT。（2）采取一次消諧措施。如在PT中性點與接地點之間串接消諧電阻、單相電壓互感器等。（3）采取二次消諧措施。如在壓變二次開口三角處接500W以下燈泡或并接微機消諧裝置等。（4）定期在變電站進行電容電流測量（特別當網絡發生重大變化后），一旦電容電流值接近某種限值，應將中性點不接地改為經消弧線圈接地。（5）最大程度減少電網中電壓互感器中性點接地數量。具體做法是，每個變電站保留1～2個接地點，用戶配電室的壓變不接地，采用V-V接線。

6 結語

110kV變電站的10kV側中性點采用不接地方式容易引發PT鐵磁諧振，造成大面積設備損壞和停電，是電力運行的“一大威脅”。設計人員應結合電網實際，選用合理的接地方式、采取可靠的消諧措施；運維人員應密切關注電網電容電流的變化，制定應對電網諧振事故的緊急預案，做到有備而無患。

參考文獻：

[1]余宇紅.10kV電網鐵磁諧振消諧仿真的研究[J].上海：供用電，2009：26（1）：22-24.

[2]束洪春.中壓電網鐵磁諧振及TV高壓保險熔斷分析與抑制措施[J].北京：中國電力，2009：42（1）：17-20.

[3]楊洪平.中性點非直接接地系統鐵磁諧振的產生及措施[J].山東：山東電力技術，2009： 21（3）：43-45.