10kV不接地系統產生諧振的原因及措施

李毅濤

【摘 要】 10kV配網系統，是采用中性點不接地系統和小電阻接地系統的運行方式，不接地系統的線路發生單相接地或單相接地消失的瞬間，經常造成電壓互感器一次側熔斷器熔斷，容易誤判為電壓互感器故障或是變電所內母線系統發生接地故障，但是其是由于電壓互感器的鐵磁諧振造成。就10kV不接地系統產生諧振的原因及措施進行了分析，尋求并探索解決這個問題的方法。

【關鍵詞】 不接地系統 諧振 飽和 消諧

1 電壓互感器引發鐵磁諧振的原因

在10kV中性點不接地的配電系統中，由于配電網的不斷發展使線路參數發生變化，較常出現運行中電壓互感器燒損、高壓熔絲一相或兩相熔斷等異常故障。其重要原因是：電壓互感器勵磁電感和配電系統對地電容形成匹配，并在一定條件的激勵下，使電壓互感器產生磁飽和，引發鐵磁諧振。其諧振過電壓的幅值可達相電壓的2～35倍，可致使電壓互感器燒損或高壓熔絲熔斷。為此，通過對電壓互感器產生鐵磁諧振原因的分析，以采取消諧措施。

10kV配電系統采用中性點不接地方式運行，其線路出線（尤其是電纜出線）對地存在分布電容。當系統運行正常時，各相電壓互感器的感抗相等，中性點電壓等于零。當線路因斷線、雷擊或其他原因而產生單相接地故障時，接地相對地電壓降到接近于零，而非故障相對地電壓上升√3倍，導致中性點位移，中性點對地電壓升高，系統的穩定性和對稱性遭到破壞。在發生單相接地故障時，其接地點電阻較大且接觸不良，因而在接地點出現瞬燃瞬熄的電弧放電，從而造成電壓瞬高瞬降，而引發電能、磁能的振落。電壓互感器在電磁振蕩的激勵下極易產生磁飽和，暫態勵磁電流急劇增大，電感值下降，從而引發鐵磁諧振。

同時，由于各相感抗發生變化，各相電感值不相同，中性線產生零序電壓，使電壓互感器出現零序電流，與對地電容構成回路。當感抗大于容抗（WL>1/Wc）時，回路不具備諧振條件。但在電壓互感器鐵芯磁飽和后，其電感逐漸減小，當電感降到滿足WL=1/WC時，即具備諧振條件，從而產生諧振過電壓。（只有在XC/XL≤0.01時，才不會發生諧振）在發生諧振時電壓互感器一次勵磁電流急劇增大，使高壓熔絲熔斷。當電流尚未達到熔斷熔絲的情況下，而又超過電壓互感器額定電流，若長期處于過電流狀況下運行，即造成電壓互感器的燒損。

2 消除鐵磁諧振的措施和方法

2.1 善電壓互感器的勵磁特性

10kV配電系統選用的電壓互感器，其特性若不良，在單相接地等過電壓的作用下，會引起勵磁電流增大，感抗下降，易激勵引發鐵磁諧振。反之，在電壓互感器特性優越的條件下，對一般的過電壓水平，還不足以進入較深飽和區，不易構成參數的匹配，從而可避免引發諧振。所以改善電壓互感器的空載勵磁特性，選擇伏安特性優越的電壓互感器，也是一種消諧的措施。

2.2 減少電壓互感器的臺數

在同一個10kV配電系統中，應盡量減少電壓互感器的臺數，尤是要限制中性點接地電壓互感器的臺數。因為同一網絡中并聯電壓互感器的臺數越多，則總體等值電抗就越小，容易與電容參數匹配而發生諧振。如變電所的電壓互感器只作為測量儀表和保護用，其中性點不允許接地。

2.3 串接單相電壓互感器

在三相電壓互感器一次側中性點串接單相電壓互感器，使三相電壓互感器等值電抗顯著增大，以滿足XC/XL≤0.01的條件，從而避免因深度磁飽和引起的鐵磁諧振。

2.4 每相對地加裝電容器

因為XC/XL≤0.01時，可避免引發鐵磁諧振。因此加裝電容器，可使容抗XC減少，從而達到滿足XC/XL≤0.01的條件，可消除諧振。

2.5 系統中性點裝設消弧線圈

當10kV配電系統發生接地故障，其接地電流值較大或接近30A時，可在中性點裝設消弧線圈接地，有利于瞬間接地電弧的熄滅，從而有效地防止弧光接地引起的過電壓。由于消弧線圈接在中性點回路，其電感值與電壓互感器等效零序電感相比小得多，不易構成參數匹配，可防止諧振的發生。

2.6 裝設繼電保護設備

若10kV配電系統發生單相接地故障時，為改變電壓互感器的參數，可通過裝設一套繼電保護設備來實現。該裝置是利用單相接地所產生較大諧振電流啟動電流繼電器接入，以改變電壓互感器的參數。當接地故障排除后，繼電保護設備退出，電壓互感器恢復正常運行。

2.7 電壓互感器高壓側中性點串接電阻

根據“電工學”諧振原理可知，在發生諧振時，串入電阻能起到消耗諧振能量和阻尼、抑制諧振的作用。顯然電阻值越大，抑制諧振效果越好。但阻值太大會影響系統接地保護的靈敏度，電阻容量亦受到限制。對10kV系統一般可選用10～30kΩ較為合適。

2.8 電壓互感器二次開口三角處接入阻尼電阻

10kV配電系統運行正常時，電壓互感器二次開口三角處兩端沒有電壓，或僅有極小的不對稱電壓。當發生單相接地故障時，電壓互感器二次開口三角處兩端會出現約100V的電壓，利用這一特點可在其兩端并接一個阻值為75～100Ω，容量為500～750W的阻尼電阻。在發生單相接地故障時，此電阻值較小近似于短路，起到改變電壓互感器參數的作用。這不僅可防止電壓互感器發生磁飽和，而且還可消耗諧振能量，抑制和消除諧振的發生。

3 解決諧振的效果

解決諧振的最優措施是在電壓互感器的開口三角側接上一個燈泡，這種方法簡單、易于事施，可起到零序阻尼作用，但安裝效果不夠理想，電壓互感器高壓熔斷器熔斷還是較多，對非金屬性接地所激發起的諧振無發抑制。

4 結語

10kV中性點不接地系統發生諧振的直接因素是系統過電壓，其根本原因是電壓互感器出現飽和，造成互感器的感抗改變，至于采用何種消諧方法，應該根據實際情況，結合系統的運行方式，分別采取措施，以達到預期的目的，建議在新建的變電站采用質量好的抗諧振型電壓互感器。

參考文獻：

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