一起大电流接地系统中铁磁谐振发生的分析

孙 青 李 静

（襄阳供电公司电力调度控制中心，湖北 襄阳 44100241002）

1 异常现象基本介绍

2012年6月20 日钱营变电所钱03开关更换工作结束后，用钱04开关对钱03开关充电时，钱110kV I段母线发生铁磁谐振过电压，导致钱110kV I段母线电压显示不正常。

1.1 异常前钱营变运行方式

钱110KV II段母线由主系统供电供钱#2主变带钱营站全站负荷，钱03开关冷备用，钱04开关送电带钱110kV I段空母线及互01PT，钱#1主变热备用。其中钱04开关为少油（SW6型）断路器，钱互01PT（钱110kV I段母线PT）为电磁式PT（JCC6-110型）。异常前钱营变的运行方式如下图图1所示。

图1 钱营变110 KV侧电网运行方式

1.2 异常经过

由于进行钱110kV母线分段开关钱03开关更换的工作，钱03开关更换完毕后，钱06开关送电供钱110kV II段母线负荷，钱04开关送电供钱110kV I段空母线，现在用钱04开关对钱03开关充电。在断开钱04开关后，在电网数据采集与监控系统中发现钱110kV I段母线电压异常（A相为98.5kV、B相为26.6kV、C相为98.9kV，3U0为95.2V，母线电压107.9kV）。当时没有意识到是谐振问题，派运行人员去检查钱04开关的实际位置及钱110kV I段母线PT（互01PT）。当确认钱04开关确已断开，互01PT检查无异常后，才意识到可能是谐振问题。随即断开电源线路钱04开关的对侧开关，钱110kV I段母线电压恢复正常，由此判定这是一次比较典型的断路器断口均压电容和电磁式电压互感器串联引起的谐振。

2 谐振现象分析

谐振发生后了解到钱04开关型号为SW6型断路器，钱110kV I段母线PT为JCC6-110型电压互感器。正好存在用少油断路器（钱04开关）断开带电磁式PT空母线的情况，这是发生谐振的激发条件。变电所出现通过钱04开关的断口均压电容与钱110kV I段母线电压互感器串联的运行方式，这为发生铁磁谐振创造了一个良好的谐振电路条件。开始时钱04开关在合位，当断开钱04开关时，使母线电压波动，回路出现扰动，激发出铁磁谐振，出现了较高幅值的过电压，即110kV I段母线相电压A相为98.5kV、B相为26.6kV、C相为98.9kV。

少油断路器每相设置两个断口，各断口均装设一只均压电容器。当断路器在分闸位置时，两个断口的均压电容相当于串联接线。由于大电流接地系统三相电路的对称性，为了研究方便，我们将三相谐振电路图等效为如下图图2的单相串联谐振电路，设母线上接有电磁式电压互感器，其电感为L1，与其并联的相导体及母线对地电容为C0，断路器断口并联的等效电容为C。当母线停电切除或恢复设备运行或其他运行方式中，只要出现断路器断口电容与电压互感器形成串联回路，同时母线对地电容C0（数值较小）与电压互感器并联后其伏安特性呈感性（假设其等值电感为L），当电源电压出现的电压扰动（如断开钱04开关）使互感器铁芯出现饱和以及动态等值电感的急剧下降到WL=1/WC时，就产生铁磁谐振。以上钱营站母线电压异常现象的出现就是由于电磁式电压互感器在断路器分闸时与断路器并联均压电容及各种杂散电容形成串联谐振电路，并在断开钱04开关时激发出铁磁谐振过电压。

3 预防类似铁磁谐振过电压的措施

由于大电流接地系统中电源系统和互感器中性点均接地，各相的谐振回路基本上是独立的，谐振可能在一相发生，也可能在两相或三相发生，一般应采用的方法如下：

①禁止出现空母线带电压互感器的热备用运行方式，且在运行操作时应避免出现断口均压电容与母线电压互感器串联情况。在进行向空母线充电的类似操作前，为避免发生铁磁谐振，可采用以下两种方案：

图2 大电流接地系统中单相串联谐振等效电路图

方案一：可改变操作顺序，即应先拉开电压互感器刀闸，待母线充电良好后，再合上电压互感器刀闸；母线停电时，应先拉开电压互感器刀闸，再进行母线停电操作。

方案二：可以采取由对侧开关带上线路进行充电，以打破谐振的平衡，避免发生谐振。可采用用顺24开关带顺泥线线路、泥110kV II段母线及其PT对泥01开关进行充电，打破发生谐振的条件，避免谐振的发生。其接线示意图如下图3：

图3 泥嘴变110KV侧电网运行方式

②采用电容式电压互感器或增加母线电容量，根本上消除此种谐振的可能性。增加母线电容量可以提高发生铁磁谐振的激发电压，而实际运行中的变电站母线长度（电容）已经固定，不能单纯为防止铁磁谐振过电压而增加其长度。增加母线电容量的另外一种方法是在母线上接一组耦合电容器来提高母线电容量。该方法只作为一种理论探讨，实际中不如更换电压互感器经济、可行，而且现在电网中电磁式电压互感器已逐步被更换为电容式电压互感器。

③在谐振初期，当发现母线电压突然升高时，迅速拉开电压互感器刀闸，或迅速切断电源回路的开关及一切可以打破谐振的便捷方法来消除谐振过电压，避免设备受损。

4 结语

本文针对钱营变发生的谐振现象，利用谐振原理与知识，分析了此次谐振发生的原因，并对出现类似谐振过电压给出了快速有效地处理方法及预制措施，以便工作中借鉴和运用，提高系统运行稳定性、安全性和可靠性。

[1]王世祯.电网调度运行技术主[M].沈阳：东北大学出版社，2000.