淺談電壓互感器諧振原因及其防止措施

【摘要】本文針對現實(shí)運行中所出現的一起由電壓互感器諧振引起的事故進(jìn)行詳細科學(xué)分析，找出了造成電壓互感器諧振過(guò)電壓的原因，從而提出解決該類(lèi)事故的防治措施，并從根本上防止再發(fā)生類(lèi)似的諧振事故，確保電網(wǎng)的安全穩定運行。電源供應器| 電能質(zhì)量分析儀| 多功能測試儀| 電容表| 電力分析儀| 諧波分析儀| 發(fā)生器| 多用表| 驗電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測試器| 電力計|
　　一、概述
　　電力系統中的鐵磁諧振過(guò)電壓現象是一種比較常見(jiàn)的內部過(guò)電壓現象，在3～60kV中性點(diǎn)絕緣的電網(wǎng)中時(shí)有發(fā)生。這種過(guò)電壓持續時(shí)間長(cháng)，甚至能較長(cháng)時(shí)間自保持，因而對電力系統的安全運行構成極大威脅。從目前的統計上來(lái)說(shuō)，它是導致電壓互感器毀壞的主要原因之一，同時(shí)也是系統中某些重大事故的誘發(fā)原因之一。為了保證電網(wǎng)的安全穩定運行，有必要對這種鐵磁諧振進(jìn)行詳細分析，從而找到產(chǎn)生諧振的根源，提出行之有效的解決方法，從而確保電網(wǎng)的穩定優(yōu)質(zhì)運行。
　　二、鐵磁諧振分析
　　在中性點(diǎn)不接地系統中，為了監視三相對地電壓，變電站母線(xiàn)上常接有Y0接線(xiàn)的電磁式電壓互感器。于是網(wǎng)絡(luò )對地參數除了電力設備和導線(xiàn)的對地電容C0之外，還有電壓互感器的勵磁電感Lo正常運行時(shí)，電壓互感器的勵磁阻抗是很大的，所以網(wǎng)絡(luò )對地阻抗仍呈容性，三相基本平衡，電網(wǎng)中性點(diǎn)“O”的位移電壓很小。但系統中出現某些擾動(dòng)，使電壓互感器三相電感飽和程度不同時(shí)，會(huì )出現互感器一相或二相電壓升高，極端情況下也可能三相電壓同時(shí)升高，與此同時(shí)，電源變壓器繞組電勢Ea、Eb和Ec則維持不變，它們是由發(fā)電機正序電勢所決定的[1]。因而，整個(gè)電網(wǎng)對地電壓的變動(dòng)表現為電源中性點(diǎn)“O”有較高的位移電壓，可能導致產(chǎn)生諧振過(guò)電壓。
　　既然過(guò)電壓是由零序電壓（即中性點(diǎn)位移電壓）引起的，那么網(wǎng)絡(luò )零序參數的不同，外界導致諧振的條件不同，導致這種諧振過(guò)電壓既可以是基波諧振過(guò)電壓，也可以是高次諧波或分次諧波過(guò)電壓。所以我們只有分析各種諧振產(chǎn)生原因，才能制定對應的解決方法：
　　（a）基波諧振過(guò)電壓的產(chǎn)生過(guò)程
　　對于圖1的等值接線(xiàn)[2]，可以得到中性點(diǎn)的位移電壓U0為:
　　ū0=(Ėay1+Ėby2+Ėcy3)/(y1+y2+y3)
　　正常運行時(shí)，y1＝y2＝y3＝y，所以：
　　ū0=(Ėay1+Ėby2+Ėcy3)/(y1+y2+y3)＝0
　　(Ėa+Ėb+Ėc＝0)
　　
　　各相對地導納呈容性（電壓互感器勵磁電感和C0并聯(lián)值），也即流過(guò)C0電容電流大于流過(guò)L1的電感電流。
　　由于擾動(dòng)的結果使電壓互感器上某些相的對地電壓瞬時(shí)升高，假定B相和C相的對地電壓瞬時(shí)升高。由于電感的飽和使L2和L3減少，使流過(guò)L2和L3的電感電流增大，這樣就有可能使得B相和C相的對地導納變成感性，即y2、y3為感性導納。而y1為容性導納，容性導納和感性導納的抵消作用使y1+y2+y3顯著(zhù)減少，導納中性點(diǎn)位移電壓大大增加。如果參數配合不當使y1+y2+y3＝0，則發(fā)生串聯(lián)諧振，使中性點(diǎn)位移電壓急劇上升。中性點(diǎn)位移電壓升高后,三相導線(xiàn)的對地電壓等于各相電源電勢和中性點(diǎn)位移電壓的向量和。向量迭加的結果使得B相和C相的對地電壓升高，而A相的對地電壓降低。
　　從圖2的電壓矢量圖不難看出，該種情況確有兩相電壓升高，一相電壓降低。
　　（b）實(shí)例事故分析
　　例如某變電站就曾經(jīng)發(fā)生過(guò)一起因10kV線(xiàn)路間隙性弧光接地，導致其10kV電壓互感器燒毀的事故。該變電站10kV系統主接線(xiàn)圖如圖3所示，當時(shí)10kV開(kāi)發(fā)區線(xiàn)A相開(kāi)始出現間隙性弧光接地，后經(jīng)零序過(guò)流動(dòng)作跳閘。檢查10kV高壓室時(shí)見(jiàn)到10kV52PT有濃煙冒出，后經(jīng)倒閘操作將10kV52PT退出運行。經(jīng)檢查發(fā)現10kV52PT高壓熔斷器的三相熔斷，電壓互感器B、C相燒毀，部分二次線(xiàn)燒焦，10kV52PT柜內部熏成黑色。
　　
　　這起事故是由于10kV開(kāi)發(fā)區線(xiàn)電纜頭著(zhù)火，使線(xiàn)路發(fā)生間隙性單相弧光接地。使健全相上的電壓突然升高到線(xiàn)電壓，而故障相在接地消失時(shí)又可能有電壓的突然上升，這種暫態(tài)過(guò)程中會(huì )有很大的涌流；或者電壓互感器高壓繞組側發(fā)生單相接地，低壓側有傳遞過(guò)電壓時(shí)，這兩種情況下都會(huì )使電壓互感器產(chǎn)生嚴重飽和，導致諧振事故的發(fā)生。
　　三、消除鐵磁諧振的措施
　　通過(guò)對鐵磁諧振產(chǎn)生原因和事故實(shí)例的分析，從中可以得出產(chǎn)生鐵磁諧振一般應具備下列四個(gè)條件:1、鐵磁式電壓互感器的非線(xiàn)性效應是產(chǎn)生鐵磁諧振的主要原因。2、要有激發(fā)條件，如電壓互感器的突然投入、單相接地突然消失、外界對系統的干擾或系統操作產(chǎn)生的過(guò)電壓等。3、系統參數匹配在諧振范圍，經(jīng)驗值電壓互感器的感抗為容抗的100倍以?xún)取?、維持諧振振蕩和抵償回路電阻損耗能量的供給。
　　從這四個(gè)方面著(zhù)手，就不難找出限制和消除這種諧振過(guò)電壓的措施：（1）選用勵磁特性較好的電壓互感器或改用電容式電壓互感器。（2）在電壓互感器的開(kāi)口三角繞組中加阻尼。該方法已廣泛采用，生產(chǎn)定型產(chǎn)品的廠(chǎng)家比較多，在實(shí)際運用中都取得了滿(mǎn)意的效果。如某儀器廠(chǎng)生產(chǎn)的WNXⅢ/B型微電腦多功能消諧裝置，該裝置的核心部件為單片機和具有開(kāi)關(guān)特性的晶閘管，由電壓互感器A、B相供電，在電壓互感器的開(kāi)口三角繞組兩端正反并聯(lián)兩只晶閘管。正常運行期間及在各種非鐵磁諧振過(guò)電壓作用下，晶閘管截止，裝置呈高阻狀態(tài)，約數百千歐；裝置一旦判斷電網(wǎng)發(fā)生鐵磁諧振，使兩只晶閘管交替過(guò)零觸發(fā)導通，裝置呈低阻狀態(tài)，約數十微歐，向電網(wǎng)施加強有力的持續阻尼，使鐵磁諧振過(guò)電壓波迅速消除。（3）在電壓互感器一次的中性點(diǎn)加裝阻尼電阻。如某電瓷廠(chǎng)生產(chǎn)的RXQ系列消諧器，該消諧器串接于互感器一次繞組中性點(diǎn)與地之間，內部材料為大容量的炭化硅電阻片及散熱片等串聯(lián)組裝而成。其工作原理為：在低壓下消諧器呈高電阻值（可達幾百千歐）使諧振在起始階段不易發(fā)展，單相接地時(shí)，消諧器上出現千余伏電壓，它的非線(xiàn)性電阻下降，使其不影響接地保護的工作。
　　四、結束語(yǔ)
　　根據資料顯示，基波和高次諧波諧振過(guò)電壓可達額定電壓的3倍，工頻諧振電流為額定電流的40～60倍；分次諧波諧振過(guò)電壓一般不超過(guò)額定電壓的2倍，但諧振電流達額定電流的240倍以上。在它們的作用下，將造成電壓互感器噴油、冒煙、高壓保險絲熔斷等異�，F象和引起接地指示誤動(dòng)作，甚至導致互感器本身燒毀，造成事故，因此應盡量避免互感器發(fā)生諧振的情況發(fā)生。