電網發生間歇性單相接地時電壓互感器內部暫態過程分析

孫鎖龍

（國網山東省電力公司莘縣供電公司，山東 聊城 252400）

間歇性單相接地是非常態化的電網運行模式，其處于間歇性接地過程時，互感器設備內部的電壓會發生劇烈的變化，在此，系統會進行相應的調整。電網出現單相接地比較常見，若不對其進行維護、處理，其會產生巨大的問題，電路系統正常運行會受到嚴重阻礙。基于間歇性單相接地情況的分析，探討電壓互感器內部的暫態過程，了解其原理，進而為故障排除奠定良好的基礎。

1 電壓互感器概述

在系統中，電壓互感器主要承擔一次系統與二次系統的連接作用，基于互感器設備的應用，若在系統運行中出現電壓值增加的情況，互感器設備內部的鐵芯構件會發生巨大的變化，并產生相應的磁場反應。基于電磁感應原理，電網系統會產生二次電壓，在此過程中，若對互感器線圈匝數、電壓大小進行變動，則電磁電壓值也會發生明顯的改變，使其形成具有差異的電壓值。基于互感器電壓值的不同，按照不同的類型可以將其分為光電互感器、電子互感器、儀表互感器等。當電壓互感器處于運行狀態時，互感器設備會處于恒定空載模式，造成其阻抗持續較低。基于接地情況對互感器進行分析，若三相接地效果良好，則電網系統電壓值會比較穩定，但若出現間歇性單相接地情況，則沒有接地的三相電壓值會隨之增加。通常情況下，互感器設備與電路系統處于串聯的狀態，單相接地會致使系統出現嚴重的破壞。基于互感器結構特征分析，互感器中的鐵芯元件不會發生感應，因此，電路系統需要充足的電容量，在單相接地時，電壓會快速增加，最終會超出設備、元件的負荷能力，致使線路荷載電壓值過高，致使互感器設備出現故障，若情況比較嚴重，則整個電路系統會出現停電問題，影響人們的日常生產以及生活。

2 電壓互感器電流運行原理

基于暫態分析的方式，能夠了解互感器內部是否處于故障情況。在對其暫態穩定性進行分析時，需要結合變壓器類型、參數、連接情況，對設備進行暫穩態分析。基于某家庭電路系統的分析，系統中包括3 個電勢力，在不同的電壓狀態下，線路設備的電容量值也會發生改變，可分別應用A、S、D 表示，其中性點電壓位置電容值用0 表示，在運行過程中與互感器處于對應狀態。當電網處于接地狀態時，若其為電容接地狀態，則互感器設備會起到橋梁的作用。在實際運行過程中，若電力系統的線路存在明顯的差異，則電壓值會呈現出些許的不同，相比較而言，絕緣層較高位置要低，電壓較高。當設備處于單相接地狀態時，系統的溫度會逐漸升高，甚至會造成嚴重的系統故障。若電網處于單相接地狀態，當互感器設備運行時，其發生概率也會比較高，在暫態分析過程中，對電流進行分析，對于了解故障發生率，明確故障問題具有重要價值。基于電壓互感器的電流運行原理分析，明確其在處于接地狀態時的電流機理，通過暫態分析的方式，了解互感器的狀態。

3 實驗室測試電壓互感器勵磁特性

基于互感器的勵磁特性分析，對其特征進行分析，對設備運行進行涌流試驗，觀察其勵磁特性。基于試驗發現，當設備處于單相接地情況時，電流與電壓成正比例關系，若線路、設備通過電壓增加，電流也會明顯增強，但其不會表現出線性特征。在實驗過程中，當電壓值增加之后，其電流增長速度之間存在明顯變化時，基于勵磁涌流實驗過程中所建立的穩態模型，電壓狀態若不同，互感器設備的涌流數據也會出現差異，基于實驗中對電流以及電壓數值的對比，在接地情況下，互感器涌流數據提取，在飽和情況下，電壓值會逐漸變大，若電網系統出現間歇性接地情況，對其進行暫穩態分析，使其不會出現內部故障的情況。基于實驗室對比分析，電壓與電流數據變化基于涌流數值實現，電波變化周期為2.3s，常數值為0.02s。

4 案例分析

（1）案例概況。莘縣公司某110kV 變電站設計為雙母線接線方式，使其處于并聯供電的狀態。在設備運行過程中，電壓過高致使設備出現局部溫度過高，互感器設備出現故障。經過現場運維調查研究表明，互感器設備故障問題為保險絲熔斷，致使數據出現明顯的異常。在電網系統運行過程中，記錄儀記錄了電壓的異常變化情況，以可視化數據的方式，對其進行了展示。基于錄波曲線分析，數值對應此過程中的電壓與電流，基于周期的轉換，使其突變，最終變為0。在此，設備接地兩相電壓出現異常，電壓數值持續上升，經過調查發現，其處于電壓接地狀態。此外，電壓與電流處于波動狀態下，電阻出現異常情況。

（2）電壓、電流值分析。在此過程中，電網設備處于單相接地狀態，基于互感器內部故障情況，對其進行暫態分析。單相接地電壓穩定，但其余兩項電壓處于迅速增加的狀態，經過數據對比之后發現，電壓值迅速上升了4 倍以上，達到了電壓的峰值，使其處于330V。在此過程中，互感器設備必然會達到臨界點，致使互感器的鐵芯熔斷、設備出現故障。在故障情況下，互感器設備的勵磁電流會逐漸轉變為勵磁涌流，相比較正常電流而言，電流會經過互感器設備以及熔斷器元件，基于勵磁特性，對互感器出現勵磁沖擊波的情況進行分析，測量當時的電流值。在此案例中，互感器穩定電壓值為3V，此電壓值對應的電流值為0.4A，若其處于峰值，則可以達到0.5A。在設備運行時，電壓常數值為120V，電壓最高值在140V 上下。基于勵磁特性對其電壓、電流的運行數值進行計算、推理，當電壓變化波動在0.75 倍以內時，其通過的電流也可以達到50A，其高于標準電流100 倍以上。

當互感器設備處于單相間歇性接地時，電壓處于反復波動變化狀態下，其通過電流也處于不斷的變化過程中。若互感器設備鐵芯通過電流值達到飽和狀態時，其會產生無法控制的狀態，致使其達到熔斷點，設備出現十分嚴重的故障情況。在此案例中，電網系統出現單相接地故障，其他兩相電壓會出現故障，致使其出現涌流熱效應。

（3）互感器穩態分析結果。基于案例的分析，當電網處于單相接地時，對互感器設備的勵磁特征進行分析，觀察其暫穩態的過程，發現其電流、電壓均處于不穩定的波動狀態。在此過程中，可以得到以下結論。首先，若互感器設備出現了嚴重的故障問題，通常情況下，會伴隨著電壓與電流的波動變化，致使通過數據出現明顯的異常。基于并聯模型對其進行暫穩態分析，使其能夠形成穩態的過程，發現其由于電網設備處于單相接地狀態，致使其出現波動，穩態性缺失，這是導致設備出現故障的機理問題。其次，在單相接地過程中，數據出現明顯的異常，通過勵磁特性的分析，能夠了解互感器設備通過電流的情況。此外，線路系統處于電壓互感器切換狀態，通過互感器設備鐵芯的磁場效應，致使其在運行過程中的電流值、電壓值處于峰值，使其能夠產生巨大的熱量，進而導致其出現熔斷反應。若單相線路不處于接地狀態，中性點變化不夠穩定，設備運行過程中的內部電壓或處于反復變化之中，致使其產生暫歇氣流，最終導致設備出現嚴重的異常，各元件也出現反復的變動。所以，基于暫態穩定性分析，若其在運行過程中出現間歇性單相接地故障，互感器作為測量儀表、繼電保護的傳感裝置，其會發生不穩定的暫態過程，致使互感器通過電流、電壓均產生巨大的變化。通過暫態分析的方式，經過反復的對比。計算、論證，了解互感器設備的故障機理，明確其故障的因素，能夠快速了解設備的接地狀態，對互感器設備故障因素進行排除。

5 結語

總之，電網中互感器設備若發生故障，則電路中的電壓、電流均會發生異常。基于單相接地時的互感器內部暫態分析，是觀察設備是否處于穩定運行的關鍵，基于電流運行機理、電路故障機理對單相接地時的暫態情況進行分析，了解此過程中互感器的磁場效應，并觀察設備線路中性點是否處于穩定狀態。通過暫態分析的方式，觀察其是否處于故障狀態。