10KV電壓互感器諧振過電壓事故分析及預防措施研究

張國進

摘要：電力的改革和發展，促進著社會經濟水平的不斷提高，也是構件和諧社會主義的主要因素之一。電力系統在運行中，可能由于諧振過電壓造成事故發生。因此，需要我們提前做好防范措施，避免因設備故障造成大面積的停電事故，給經濟帶來直接的損失。本文從實際生活中的諧振過電壓事故展開，對發生的原因進行分析，并提出預防措施，供行業各界認識進行探討。

關鍵詞：電壓互感器;10kV線路;諧振過電壓;避雷器

1.引言

某補充水泵房10kV Ⅰ、Ⅱ段母線分段運行，母線PT主要用于10kV母線電壓監視和繼電保護。Ⅰ和Ⅱ的回線路總長為3.9km，其中架空線長2.1km，電纜線長1.8km。每一條回線路均由5段電纜和4段裸露架空線路組成。

2.事故概要

該10kV補充水泵房的Ⅰ和Ⅱ回線路自投運以來，設備在運行過程中已經出現了3次補充水Ⅱ組母線PT燒壞的事故。經過調查確認，這三起事故發生的現象都非常相似，發生的最初原因都是發生線路避雷器擊穿引起了單相的接地故障。

3 事故經過

第一起事故發生在2015年，因檢修工作的需要，將補充水泵10kV的Ⅱ回線路停運。在進行倒閘操作的時候，Ⅰ、Ⅱ組母線聯絡開關由母線進行充電還不到3分鐘，補充水泵房的Ⅱ組母線PT柜就開始冒煙。經檢查確認為補充水泵的10kV Ⅰ回線路B相的一個避雷器燒壞了，造成了線路的單相接地，從而引起了母線的PT AC相燒壞。

第二起事故發生在2016年，2號補充水隔離變電源開關發生了保護動作跳閘。經檢查發現補充水的Ⅱ回線路22號桿上的C相避雷器燒壞了引起線路單相接地，從而導致了補充水泵房的10kV Ⅱ組的母線PTA及B相被燒壞。

第三起事故發生在2018年，同樣還是2號的補充水隔離變電源開發發生了保護動作跳閘，現象同第二次事故一致。經檢查確認，補充水Ⅱ回線路的20號桿上C相避雷器燒壞引起線路的單相接地，同樣地也是造成了母線的PTA、B相燒壞。

由于該補充水泵房的10kV Ⅱ組母線PT多次發生了燒壞的事故，給公司的正常運營造成了一定的影響。為了避免后續類似事件的再次發生，公司專業人員進行了詳細的事故調查確認，經過與電力公司的生產技術人員、線路維護單位和地方供電所的相關技術人員進行溝通和交流后，發現如下一些現象：

1）在縣電力公司的10kV線路中PT（計量箱）也曾經多次出現類似的問題，線路單相接地后，線路計量箱內PT燒壞頻繁;

2）在縣電力公司10kV線路中避雷器被擊穿的情況倒不多，可能和雷區都是架空線，而架空線上沒有避雷器有關。

對于10kV的線路日常維護，要求每季度至少要巡視一次，巡視過程中若發現設備有缺陷或存在一些安全隱患，必須要立即進行停電的申請，然后進行處理。而關于10kV的年度檢修計劃以及線路的避雷器使用年限要求和定期的預防性試驗要求則沒有。

4 事故原因分析

4.1系統出現單項接地引起諧振過電壓

在系統中出現單相接地故障時，電網對地電容通過PT一次繞組有一個充放電的過渡過程，在這個過程中電壓互感高壓繞組中會流過一個復制很高的低頻振蕩電流，使得鐵芯嚴重飽和，造成感抗變小，從而使得鐵磁諧振過電壓燒壞PT。

4.2電磁電壓互感裝置問題

電磁電壓互感器中性點接地，互感器中的鐵芯的非線性電感和系統對地電容構成了諧振回路。互感器磁路易飽和的特點在系統出現波動或者單相接地時被激發，電壓異常升高相的互感器磁路過飽和，互感器電感和系統電容參數相匹配時便會產生諧振。在此過程中，PT一次產生的電流非常大，遠遠高于鉛絲的額定電流，因此，鉛絲被燒斷，PT燒壞，會造成二次電壓的消失。發生諧振時，諧振電壓最大時相電壓的3倍之多，一些絕緣比較薄弱的設備很容易被損壞。

4.3電磁電壓互感中性點未可靠接地。

在補充水泵房10kV母線電壓互感器中性點接地不可靠的存在性比較高時，當發生10kV系統單相接地故障或者是間隙性單相弧光接地，非故障兩相電壓的值會突然升高，從而使得電壓互感器兩相勵磁電流突然增大而發生飽和，中性點電壓發生位移，產生了嚴重的鐵磁諧振過電壓。

鐵磁諧振回路由電感元件（帶鐵芯）和電容元件組成的一個系統，鐵芯的電感值會隨著電壓和電流的大小而發生變化，可參考下示意圖1：

在正常運行時，容抗要小于感抗，此時諧振的條件不成立。當容抗等于感抗時，滿足了諧振的發生的條件，此時會產生諧振，在電感和電容兩端會形成過電壓現象，引起PT絕緣擊穿或對地放電，從而燒壞PT。

5 事故預防措施

在電力系統中，10kV系統是非常重要和常見的一部分。具有容量變化空間大、結構構成復雜、電壓互感器具有非線性、易飽和等特點，易造成諧振過電壓的現象發生。該異常若不及時進行清除，會造成電壓互感器發生嚴重燒毀等故障，從而對整個電網系統的安全造成威脅。

為了保障變電站的電氣設備的運行安全，防止出現10kV系統諧振過電壓造成的安全事故，我從以下幾點做好預防措施：

5.1選擇電磁式電壓互感裝置時應注重其勵磁性能。

在電磁式電壓互感裝置的選擇時，要注意其勵磁性能。主要從以下兩個方面進行考慮：①勵磁性能的一致性和量值。從一致性方向來考慮，應對三相互感裝置進行科學配置，使得三相電壓的協調性可靠，從量值的方向來考慮，可以適當的對鐵芯內部的布置進行調整，以使其出現飽和的次數降低，從而大大減少諧振過電壓事故發生的概率。

5.2選擇電力系統的二次消諧設備時，應注意其安裝程序的相關因素

選擇二次消諧設備時，應當充分考慮安裝程序的便利性、抗干擾能力的強弱、消協反應的靈敏性等各個方面的因素。目前，采用在電壓互感裝置開口三角之間接入一個燈泡電阻，改變電路結構，從而破壞諧振條件。其次保護方式改變，由以前的單相接地保護報警更改為單相接地跳閘，防止線路發生單相接地后，長時間缺相運行引起電壓互感器損壞。

5.3 改變線路參數，定期對線路設備進行試驗

在10kV補充水Ⅰ、Ⅱ線路中，將以前部分高壓電纜更換架空絕緣線，改變線路容抗、破壞線路接地故障時的諧振條件。其次，補充水泵房架空線路為雷擊多發區，每年對架空線路的避雷器及接地網進行一次試驗，防止避雷器承受雷擊電壓時因地網電阻偏大，能量未得到及時向大地釋放，造成避雷器擊穿，引起線路接地故障。

5.4在系統中設置消弧線圈，變電站采用接地變壓器

在該系統中，接地變壓器相當于未接地的中性點提供了一個臨時的中性點。同時，通過消弧線圈使得系統再次接地，形成雙重接地保障。此時若發生單相接地異常時，該接地保護系統中出現的感性電流會直接對電容電流進行補償，使得接地點電弧消失，也從根本上避免了諧振過電壓的發生。

6 ?結語

在電廠中，最重要的莫過于企業的安全生產。若諧振過電壓異常出現后持續時間較長，除了最直接的影響就是會對電廠的各種電氣設備和整個電力系統造成破壞，還會對供電的可靠性和安全性造成威脅。因此，諧振過電壓對于企業來說是一種非常不好的現象。對于出現的諧振過電壓事故，相關的技術人員要結合企業的電力運行特點，全面分析和了解，并協同各級電力企業的技術人員共同協作調查，采取有效措施，從各個方面考慮降低諧振過電壓的因素。該補充水泵房在記過技術人員多次分析和實施預防措施后，從各個環節消除了諧振過電壓產生的因素，目前為止尚未再次發生類似故障，使得企業的安全性和運行質量得到了提高。

參考文獻

[1]禤志哲 ?10kV母線諧振過電壓事故分析及預防措施，電氣電工，2017-2;70-72

[2]余新江 ?10kV系統諧振事故分析，機電信息，2014-33（423）;25-26

（作者單位：貴州黔東電力有限公司）