220千伏空母线铁磁谐振过电压事故浅析

摘 要：铁磁谐振过电压是一种常见的内部过电压，多发生在中性点不直接接地的配电网中。本文系统的分析了铁磁谐振过电压的产生机理，并指出了实际中应注意的问题。

关键词：过电压；铁磁谐振

1 概述

铁岭发电厂220kV变电所安装的断路器均为LW—220H型六氟化硫断路器，每台断路器有两个断口，为提高其开断能力每个断口均有一支2500PF的均压电容器与其并联。所安装的母线电压互感器为JCC5—220串级电磁式电压互感器。每台电压互感器外侧并联一台防止过电压性能较好的Y10W—220型氧化锌避雷器。

在一次操作中，当由220kV铁调线向220kV I段母线充电时，曾发生一起断路器均压电容与母线电磁式电压互感器所引起的铁磁谐振过电压事故。现将事故的经过、现象、原因分析及有关抑制铁磁谐振的措施简述如下。

2 事故经过及其现象

此次操作，准备由调兵山一次变经铁调线220kV线路向铁岭电厂220kV I段母（空母线）充电。操作过程中，先将220将kV I母线PT一次刀闸合上。17时25分，将铁调线线路侧隔离刀闸合上。17时30分，在将铁调线I母线侧隔离刀闸合上瞬间（当时断路器在开位），母线电压表指示满刻度（330kV），变电所出现强烈的弧光，并伴有异常响声，待充电的I母线（管形铝母线）发生较大幅度较长时间的抖动。

17时33分，将铁调线母线侧刀闸拉开，母线电压指示回零，异音消失，母线抖动减弱。17时35分，到现场检查设备，发现I母A相PT顶部有微弱渗油现象。次日对断路器、CT、I母PT进行了高压试验，所试项目均合格，有色谱分析结果各气体组分亦均合格。

3 事故原因分析

根据上述操作程序及异常现象，可以确认本次事故属一起铁磁谐振过电压事故。更确切地说这是一起由断路器断口均压电容器抗与I母线上的电磁电压互感器一次绕组非线性激磁感抗的不利组合而产生的铁磁谐振过电压。

本次铁磁谐振过电压的产生是由于当合上铁调线线路侧和母线侧刀闸后，带电的铁调线通过合位刀闸将220kVI段母线对地电容、母线PT一次绕组电感与待合处于热备用状态的断路器均压电容、铁调线对地电容均接入系统构成电气回路。一旦其回路中的容抗和感抗匹配（不利组合），即便引起了铁磁谐振。

铁磁谐振一旦发生，便产生比较高的过电压，励磁电流也很大，有关资料介绍220kV的电磁电压互感在发生铁磁谐振时，其励磁电流最大可以达额定空载电流的70多倍。如此巨大的过电流在较短时间内就可以使互感器损坏。

由于三相电磁式电压互感器的励磁特性分散较大，在发生谐振时，互感器二次侧三相电压大小不同。因此，过电流大小及其后果也不相同。同时，互感器开口三角也反映有相当高的电压。铁岭厂发生的该次铁磁谐振，设备之所以没有遭到损坏，一是本次谐振消除得及时持续时间短，二是保护性能较好的Y10W—220氧化锌避雷器发挥了良好的作用。

上述所发生的谐振是断路器开断状态接受充电时发生的。反之，若上述系统已带电，准备停电时，在断开已合的断路器时，也有可能发生类似的谐振过电压，所以也必须引起高度的重视。

4 谐振一旦发生所采用的应急措施

凡是没有采用任何抑制谐振措施的系统，在操作过程中一旦发生铁磁谐振，必须采取应急措施，以便在短時间内有效地消除，确保系统稳定和设备安全。因此，首先应能正确地判断所发生的异常现象是否为铁磁谐振。为此，在投切母线（特别是空母线）操作过程中，必须监视母线三相电压，这种电压有可能在一相、二相或三相中发生，各相的过电压幅值也不尽相同，所以必须同时监视三相电压是否出现异常升高的现象。

一旦确认发生的异常为谐振，此时必须严禁合电源断路器向母线充电。否则会造成严重的不良后果。轻则会使虽然谐振的威胁而没有损坏的设备遭到损坏。重则会使已因经谐振有可能受损的互感器的损坏程度扩大，以至造成互感器爆炸。

一旦系统发生谐振，并得以确认，必须及时采取有效的应急措施，破坏其谐振条件，使谐振予以消除。可供采用的有效应急措施如下：

①向已谐振的系统投入空载变压器或空载长线路；

②拉开处于谐振系统之断路器两侧的隔离刀闸（采用远方操作）。

5 抑制铁磁谐振过电压的技术措施

目前，在电力系统中已被采用的有效措施大致有下述几种。

①对新建的或扩建的变电所，宜采用电容式电压互感器，有经济条件的可将原电磁式电压互感器更换为电容式电压互感器。

②对采用电磁式电压互感器的，应选用伏安特性（即饱合特性）较好，且三相近于相同的。

③对于系统原有的电磁式电压互感器，必须持定期检测其伏安特性和感应耐压试验，对于特性差的和试验结果不好的及时予以更换特性好的产品。

④对于可能造成处于热备用状态的断路器和带电磁电压互感器的空母线串联工况的（即感抗和容抗匹配的工况），应采取合理的操作程序，即采用带电投切电压互感器的方式，避免形成谐振回路。

⑤在电压互感器二次侧开口三角处加装非线性电阻，如消谐灯，高瓦数白炽灯，对谐振加以阻尼。

⑥在电磁电压互感器二次测或一次侧串联或并接阻尼电阻，使其在正常运行时推出运行，只有操作时才投入，以免增大系统有功损耗。

⑦设法增大母线对地电容量。如采用投空变，投空线路或加装移相电容。

⑧安装微机型自动消谐装置，实现自动消谐。

参考文献：

[1]要焕年，曹梅月.电力系统谐振接地[M].中国电力出版社.

作者简介：

赵蒙，电气工程师，长期从事发电厂运行及管理工作。