一起4TV防谐振电压互感器不能消谐的原因分析

赵萍好 艾新法 艾晓雨

（河南省电力公司平顶山供电公司，河南 平顶山 467001）

1 概述

在中性点不接地系统中，电磁式电压互感器发生铁磁谐振的根本原因，在于铁心在某些激发条件下饱和而使其感抗与线路对地电容的容抗相等所致。如果互感器一次绕组中性点不接地或经高阻抗接地，则各相绕组跨接在电源的相间电压上，不再与接地电容相并联，因而TV不会发生中性点位移，也就不会产生谐振。因此采用了在电压互感器高压侧中点经一个单相电压互感器接地的接线方式，称作“4TV”防谐TV。

2 4TV电压互感器消谐原理

2.1“4TV”接线原理

图1 三相中性点经单相电压互感器接地接线图

其原理图如图1所示。图1中N1是3个单相电压互感器，应是全绝缘但按相压设计的接地电压互感器，本身有一个二次绕组（未画出）和一个剩余电压绕组，N4为一个独立的单相电压互感器，该互感器可以是全绝缘结构，也可以是半绝缘结构，一般有两个线圈，一个是二次绕组N2，一个是剩余电压绕组N3。因单相电压互感器VT2工作时承受的是零序电压，因此也称零序电压互感器。由于该互感器励磁阻大，又具有普通电压互感器的绝缘水平，因此可以近似看作N′是对地绝缘，即为不接地点。

2.2“4TV”接线消谐原理

“4TV”接线的消谐原理，简单的从稳态分析，即当单相接地时，互感器中点对地有相电压产生，而主PT仍处于正序对称电压之下，互感器电感并不发生改变，在零序回路中仅有单相电压互感器一种磁化电感，从根本上破坏了铁磁谐振的条件。

在正常运行时，三相电源对地电压对称，N′与N点对地均为0，即零序电压互感器不承受电压，其二次绕组没有输出电压，YJ继电器不会动作。

在电网出现单相接地时,零序电压互感器一次绕组上承受有电源的相电压，而三相组互感器的一次绕组仍然承受网络的对称电压，亦即与单相短路前并无变化。零序电压互感器在相电压下，其二次绕组则输出电压，启动继电器YJ而报警。其短接的开口三角绕组N3无电流，而二次绕组N2照常输出电压，但电压表（相电压）却在原相电压叠加了零序电压UN′O，短路相电压表为0，其余两相为二次线电压（见图2）。

图2 单相短路三相组互感器一、二次电压相量图

由于单相接地后，三相电压互感器所承受电压与短路前不变，当短路消失后，各绕组仍然是承受对称电压，因此，三相组电压互感器的电感不变化，不存在饱和现象，也就不会发生谐振。另外，即使存在其他激发条件，但由于中性点不发生位移，也不会发生谐振。

3 4TV电压互感器不能消谐原因分析

3.1 故障简介

某110kV变电站仅有1台主变压器。某日，综自监控后台机报出：“35kVⅠ段母线接地”信号，接地选线装置显示为35kV某出线故障，母线各相对地电压显示很不稳定，三相电压轮换升、降（最高达到37.4kV），B相最低达到0.7kV。

运行人员将故障情况向调度汇报，检查站内设备无异常，按调度命令选线查明接地故障线路，用户转移负荷以后，将接地故障线路断路器断开。与此同时，报出“35kV计量电压断线”、#1主变压器“35kV电压回路断线”信号。检查35kV母线各相电压显示为零，现场检查发现35kVⅠ段TV柜内冒出浓烟，经确认高压熔断器均已熔断后，将35kVⅠ段TV手车拉到试验位置。拉出手车以后，检查35kVⅠ段B、C相TV壳体开裂并流出黑色粘液。

3.2 故障原因分析

35kVⅠ段母线TV由四只TV组成抗谐振接线，三相TV高压侧“N′”端子相互连接组成星形接线，再接零相TV的A端子。现场检查发现由“N′”端至零相TV的铝排对地有放电痕迹（见图3），A、B相TV的二次接线盒内二次接线烧断3根，二次接线外绝缘烧熔（见图4）。

图3 由“N′”端子至零相TV的铝排对地有放电痕迹

图4 A相TV的二次接线盒内二次接线烧断，外绝缘烧熔

上述情况证明在发生单相接地故障的同时，有过电压产生。过电压则可能是由于间歇性弧光接地故障产生的，也可能是接地故障产生了谐振过电压。由“N′”端子至零相TV的铝排对地有放电痕迹，说明在TV中性点产生的过电压，可能高出相电压很多。

专业人员对A相TV进行试验，绝缘试验数据无异常，但其伏安特性较差。TV的伏安特性不好，是中性点不接地系统引发谐振过电压的主要因素之一。

根据系统发生单相接地故障时的象征分析，三相对地电压轮换升高、降低，说明系统可能有弧光接地过电压或谐振过电压。B相对地电压最低到0.7kV，各相电压升高时仅达到37.4kV，虽然与发生弧光接地过电压、谐振过电压的特征不十分相符（过电压时的电压指示超过相电压的1.5倍以上）。变电站综合自动化系统的遥测数据，当测量数值超过额定值的120%时会“溢出”而不能显示；因此，仍然可以分析判断为系统有弧光接地过电压或谐振过电压。

弧光接地过电压或谐振过电压持续时间较长，TV励磁电流剧增，绕组绝缘击穿后短路，导致内部过热损坏。

手车式开关柜内的TV，其一次中性点（N′）接地及二次绕组的接地电阻可能较大（经手车的轮子接地），是过电压烧坏TV的因素之一。

35kVⅠ段母线TV由4只TV组成抗谐振接线，为什么没有防止出现谐振？如图3所示，由“N′”端连接零相TV的铝排，穿过铁板与零相TV连接。该铝排与穿孔直接相碰，铝排上虽然有绝缘护套，但该护套仅属于辅助性绝缘作用。在发生单相接地故障时，在“N′”端有21kV左右的高电压，高电压将绝缘护套击穿，铝排即对铁板（地）放电，零相 TV被电弧短接而不能起到消除谐振过电压的作用。因此，过电压造成B、C相TV绝缘损坏。

3.3 预防和改进措施

造成该4TV电压互感器烧坏的主要原因有：

1）TV伏安特性不好，引发谐振过电压。

2）手车式开关柜内的TV，其一次中性点（N′）接地及二次绕组的接地电阻较大（经手车的轮子接地），使接地时对地电压高。

3）“N′”端子对地绝缘水平不够，不能承受谐振时产生的过电压，零相 TV被电弧短接而不能起到消除谐振过电压的作用。

4TV电压互感器不能防止谐振的根本原因是：“N′”端子对地绝缘水平不够，不能承受谐振时产生的过电压，零相 TV被电弧短接不能起到消除谐振过电压的作用。

电力系统中，电压互感器N′端子经消谐器或其它方式接地的接线方式，如果不能保证N′端子对地绝缘水平，在发生单相弧光接地时，中性点产生的位移过电压同样会击穿其绝缘，使 N′端子直接接地，不能起到消谐作用。

因此，根据国家电网公司反事故措施要求：为保证4TV电压互感器能够有效防止谐振过电压损坏，可采取以下措施：

选用励磁特性饱和点较高的，在1.9Um电压下，铁心磁通不饱和的TV。

1）减小手车式开关柜内TV一次中性点（N′）接地及二次绕组接地的接地电阻。在手车的接地部位装软铜辫，与接地体连接（螺栓压接）；停电检修时，需要将手车拉出柜外，可以先拆开接地铜辫，再拉手车。

2）“N′”端到零序TV间连接导体的对地绝缘水平必须按照能承受电网线电压的能力设计。制造厂应规范“N”端连接零相TV的铝排的接线工艺，加大铁板穿孔的孔径或加强穿孔处的绝缘强度，防止发生单相接地故障时使其击穿。

3）4TV电压互感器的TV绝缘水平应全部采用全绝缘设计。

[1]刘新东.10～35kV配网铁磁谐振过电压的表现形式及消除措施[J].电工技术杂志, 2000(6): 45-46.

[2]周洁莲,吴少珍.防止电压互感器的铁磁谐振过电压的有效措施[J].高电压技术, 2001(7): 53-55.

[3]张军.防止铁磁谐振型电压互感器.天津泰莱电气设备有限公司, 2000.

[4]张健.中压电网电压互感器相关问题及其抑制技术的研究[D].北京:华北电力大学, 2006.