空投35 kV母线发生谐振现象原因分析及处理

沈 达

（绍兴电力局，浙江 绍兴 312000）

我国35 kV及以下配电网，大部分采用中性点不接地方式运行。其中运行着大量的电磁式电压互感器（TV），这些器件具有非线性电磁特性，它们与系统内的容性元件在参数匹配时就会发生铁磁谐振，产生极高的谐振过电压。当这种过电压发生时，由于互感器的铁心饱和，导致其绕组的励磁电流大大增加，严重时可达其额定励磁电流的百倍以上。从而引起互感器高压熔断器熔断、喷油、绕组烧毁甚至爆炸，严重威胁电网的安全运行。

目前，常用的消除铁磁谐振的方法主要从两方面着手，即改变电感电容参数和消耗谐振能量。如在TV二次侧开口三角形侧接入电阻，在TV一次中性点接入消谐电阻器或零序TV等。从电网的实际运行情况看，上述措施对消除铁磁谐振确实起到了很好的效果，但在实际运行中铁磁谐振过电压还是时有发生。

1 220 kV澄潭变电站35 kV母线发生谐振实例

在220 kV澄潭变电站用2号主变35 kV开关对35 kVⅡ段母线（空母线）进行某次复役冲击时，发现当地监控机显示35 kVⅡ段母线A相电压42.5 kV，B相电压42.5 kV，C相电压35.8 kV。同时发现2号主变35 kV穿墙套管处有较大放电声，立即拉开2号主变35 kV开关后放电声消失。当时根据上述现象初步判断为在空母线送电时发生铁磁谐振，后在35 kVⅡ段母线压变开口三角处接1只1 kW电炉，再次送电时35 kVⅡ段母线电压显示正常，相关设备无明显放电声。

有运行人员提出疑问：35 kVⅡ段母线压变柜上已装有消谐装置，按正常情况应不会产生谐振，且现场检查装置面板及查看事件菜单均无动作记录及明显异常。为解开这个疑团，应首先从谐振产生的原因及消谐装置动作的原理两方面来分析。

2 发生铁磁谐振过电压的原因分析

在中性点不接地系统中，由于接地保护的需要，三相TV的中性点是直接接地的，因此TV与电网线路对地电容并联而形成谐振回路。电磁式TV的电感是非线性的，在正常运行时，TV的感抗XL远大于电网对地电容的容抗XC，即XL与XC不会形成谐振，但由于某些原因，使TV的电感量发生变化，如果XL与XC匹配合适则将产生谐振。

母线TV电网实际接线见图1。考虑到系统导线的阻抗较TV的激磁阻抗小得多，而且系统的相间电容及负载与此现象关系不大，以上影响均可以忽略不计。这样图1可用图2所示等值电路来表示。在L和C0并联的电路里有一个特点：当电压较低时，TV铁心尚未饱和，ωL＞1/ωC0，XL＞XC0，IC＞IL（电容电流大于电感电流）， 此时相当于一个等值电容C；当电压突然升高，由于铁心饱和，使XL下降，达到一定程度时。会使XL＜XC0，即电感电流大于电容电流（IL＞IC），此时，相当于一个等值电感L。

图1 TV的接线

图2 电磁式TV引起铁磁谐振过电压等值电路

正常运行时，TV铁心不饱和，所以并联支路处于容性状态。若令LA=LB=LC=L0，则并列后的各相导纳 YA，YB，YC相等，即 YA=YB=YC=jωC+（1/jωL0）， 因而不会出现中性点不稳定现象，即中性点电位与地电位是重合的。

上面提到的35 kV母线发生谐振的实例就是因为开关冲击空母线时，铁心电感受到“激发”而呈现不同程度的饱和，从而破坏了三相电路的对称性，即YA≠YB≠YC，因此中性点位移必然出现。

3 母线压变消谐装置拒动原因分析

运行的消谐装置型号为WNXⅢ-60/B，对该装置进行了试验检查：工频、高频动作电压为150 V左右，1/2，1/3分频动作电压为30 V左右，1/5，1/7，1/10分频动作电压为20 V左右，表明装置动作情况正常。

对主变故障录波器动作情况进行分标时发现35 kVⅡ段母线 A相电压有效值为125 V左右（峰值175 V左右），B相电压值与A相基本相同，C相电压有效值为103 V左右，开口三角电压有效为200 V左右（峰值250 V左右），且以上各电压相位相差不超过50°。其中A，B相电压为28°左右，经计算所得故障时35 kVⅡ段母线AB相线电压为60 V左右。35 kV消谐装置工作电源设计为接35 kV保护、测量组电压的A，B相电压（正常电压为100 V）。消谐装置电源要求允许变化范围100±10 V。

根据以上情况分析：消谐器不动作原因是由于35 kVⅡ段母线 AB相线电压在发生谐振时为60 V左右，低于消谐装置工作电源90～110 V的要求，AB相线电压不能提供消谐装置正常工作电压，至使消谐装置不能正常动作。

4 预防与整改措施

（1）由于对母线送电的瞬间交流电压极不稳定，电网发生接地、谐振等故障时瞬间交流系统的暂态干扰，均会影响交流电压值。因此，消谐装置工作电源如果从TV二次侧取得交流100 V或者从站用电系统取得交流220 V均不合理，应选用直流电源供电。

（2）对相同类型接线方式的消谐装置进行全面排查，统一设计整改，并联系厂家将装置电源更换成直流电源，彻底消除隐患。

（3）为了避免空母线合闸时谐振的发生，可采取事先投入某些线路或站用变压器等措施，但不宜投入电容器组，防止电压有较大波动时空载变压器与电容器构成谐振回路产生谐振过电压。

（4）可更换伏安特性好的TV，使其工作点在伏安特性的线性部分，当有激发因素时铁心不易饱和，难于激发谐振，能有效防止谐振的发生。

5 结语

通过对220 kV澄潭变电站35 kVⅡ段空母线进行复役冲击时发生铁磁谐振过电压现象的分析，找出了谐振及消谐装置为何拒动的主要原因。结合目前实际情况，提出了整改与预防措施。经过实际应用证明，在消谐装置电源改由直流供电后，装置动作可靠性大大提高，到目前为止未再发生类似拒动现象。

[1]李国友，曹琪琳.电压互感器一次侧加装消谐器后三相电压不平衡原因分析[J].高压电器，2008，44（2）：187-189.

[2]陈化钢，张开贤，程玉兰.电力设备异常运行及事故处理[M].北京：中国水利水电出版社，1999.

[3]周鹗.电机学[M].北京：中国电力出版社，1995.

[4]赵智勇.电力系统运行技术[M].北京：中国电力出版社，2007.