抗谐振4PT的性能分析与二次接线改进

杨红静顾建姝田晓越（. 东南大学成贤学院 . 华仪电气股份公司）

抗谐振4PT的性能分析与二次接线改进

杨红静1顾建姝2田晓越2
（1. 东南大学成贤学院 2. 华仪电气股份公司）

摘 要：本文阐述了中性点不接地系统中电磁式电压互感器引起铁磁谐振过电压的过程及危害，介绍了抗谐振电压互感器的构成、接线和工作原理。通过某变电站一次谐振事故，分析了抗谐振过电压二次接线存在的问题，并提出改进方案，使谐振事故危害降到最低。

关键词：谐振过电压；4PT接线；接线方式

0　引言

电磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压是中性点不接地系统中最常见、造成事故最多的一种内部过电压，严重影响供电安全，必须予以重视。理论上抗谐振电压互感器（4PT接线）抑制谐波能力比较可靠，被广泛使用。但在运行中，该类电压互感器由于参数选择、二次接线等问题没能处理得当，仍会引起事故。以下从谐振过电压产生原理、抗谐振过电压性能等方面分析，并提出改进方案，使抗谐振电压互感器充分发挥消谐作用，消除安全运行隐患。

1　电磁式电压互感器饱和引起的谐振过电压

在35kV及以下电网中性点不接地系统中，为了监测三相对地电压，在变电站母线上常接有YN接线的电磁式电压互感器，其绕组中性点直接接地，将辅二次绕组接成开口三角形进行绝缘监测。

图1为带有YN接线电压互感器原理接线图，在正常运行时电压互感器励磁电抗很大，网络对地阻抗呈兼容性，三相基本平衡，电力系统中性点N的位移电压很小，一般不会大于0.15EA。当系统中出现某些操作（如电压互感器突然合闸，合空载母线或线路瞬间单相接地等）时，在某一相或两相绕组中出现巨大的涌流，使电压互感器各相电感出现不同程度的饱和，互感器的一或两相电压升高，就可能使电力系统出现较高的中性点位移电压，可能激发谐振过电压，危及绝缘，引起电压互感器喷油冒烟、高压熔断器熔断等异常现象。中性点位移时的三相电压向量图（如图2）所示，这与系统出现单相接地（如A相接地）的情况是相似的，而实际并不一定是单相接地故障，使得开口三角形输出很高零序电压，引起接地指示误动作，影响计量及保护设备的正确动作。

图1　带有YN接线电压互感器的原理接线图

图2　中性点位移时的三相电压向量图

2　抗谐振4PT接线工作原理

为限制和消除这种铁磁谐振过电压，采用在PT高压中性点串接单相零序电压互感器（简称“抗谐振4PT接线”）的方法得到广泛的推广，效果很好。图3为抗谐振式电压互感器接线图。它是由三个单相电压互感器和一个零序电压互感器组成，互感器之间通过同一铁心夹件将四个互感器固定成一体。三个单相电压互感器一次绕组接成星形，中性点通过零序电压互感器的一次绕组接地，且零序电压互感器阻抗远远大于普通三个单相PT阻抗；三个单相电压互感器主二次绕组接成星形通过零序电压互感器主二次绕组接地，用来测量相电压，辅二次绕组接成闭合三角形，用来消除互感器中三次或其整数倍谐波，零序电压互感器可以测量系统发生单相接地故障时出现的零序电压，进行绝缘监测。

图3　4PT接线图

在系统正常运行时4PT的零序电压互感器一次绕组不承受任何电压；开口三角形中无电流通过。当系统发生金属性单相接地故障时，因零序电压互感器阻抗很大，所以零序电压几乎全部加在4PT上，这样4PT的二次侧反应了一次侧零序电压的大小，引起零序电压保护动作，发出接地故障信号。开口三角形二次侧无电流通过。当系统发生谐振时，改零序互感器一次绕组感抗补偿系统容抗，使谐振不易发生；同时，它的固有电阻在系统发生谐振时，或者在电容放电过程中，能够减小流过互感器一次绕组的电流起到保护互感器的作用。闭合三角形回路会给三次谐波提供通路，可以消除具有零序电流性质的三次谐波。

3　抗谐振4PT二次接线方式的改进

经过多年运行，抗谐振4PT接线在防止谐振方面取得了显著效果，但在实际运行中，电网中的PT烧毁、PT熔断器频繁熔断等现象仍然经常发生。表明在4PT接线方式中，PT在结构设计、参数选择或接线方式上仍然存在着一些不可忽视的问题。如某变电站电网采用单母线分段运行方式，每段母线均有母线PT柜，且采用4PT接线。当时1#10kV电压互感器组4只电压互感器组烧毁，从计算机后台记录查到，该系统中PT烧毁之前，曾发生B相单相接地故障，并有接地告警信号，该段B相电压快速下降。随后一段时间Ⅰ段电压互感器柜的PT冒烟烧毁，退出运行，随之又将Ⅱ段PT投入，10几分钟后Ⅱ段PT又烧毁。

3.1 原因分析

故障前，三相系统对称，开口三角形和零序电压互感器二次侧输出电压为数值很小的不平衡电压，中性点电压很小，当系统发生B相单相接地故障时，故障相对地电压为零，非故障相电压升高为线电压，接地相、非接地相要通过充、放电，建立一种单相接地状态的平衡。当工频电流过零时电弧熄灭，三相又要通过充放电重新建立新的对地电容电流。间歇性单相接地故障，使这种不对称的充放电过程反复发生。三相不对称的充放电脉冲电流有可能诱发铁磁谐振。铁磁谐振频率有高低，其频率可以是工频的整数倍，即高频振荡，也可能是工频的分数倍，为1/2或1/3分频，甚至更低，即低频振荡。频率的高低，主要取决于回路的电气参数。4PT接线因为开口三角短接和一次回路中性点通过高阻抗的压变接地，抑制高频铁磁谐振能力较强，特别是对3的整数倍的谐振抑制，有着极佳的能力。但是抑制系统低频铁磁振荡的能力，比较有限。强烈的低频振荡，开口三角形中产生很高电动势，因为回路闭合，出现较大短路电流，致使PT发热，绝缘受到破坏而烧毁。

3.2 解决措施

1）辅二次绕组的开口三角回路与零序PT的一个测量绕组按正极性串联后接电压继电器，也可以在开口三角回路通过阻尼线圈形成闭合回路，如图4所示。

图4　改造后4PT接线图

2）在参数选取上满足零序电压互感器阻抗远远大于普通三个单相PT阻抗，并提高零序电压互感器的绝缘强度。

3）提高10kV线路的绝缘水平，防止单相接地故障的发生，特别要防止间歇性单相接地故障的发生。树木的枝条碰及导线是发生间歇性单相接地故障的最常见故障，必须清除线路走廊内的树木，或将裸导线更换成绝缘导线。

4　结束语

以上的改进措施通过了重庆供电局、华仪电气股份有限公司、大连第一互感器有限公司三方验证，并且解决了各变电站中多年出现的PT烧毁事故，使其故障率降到最低。电压互感器在成套开关设备中起到举足轻重的作用，也是故障率最高的元器件，通过以上的改进，既能满足于抗谐振的需要，同时也增加了运行的可靠性，在变电站实际运过程中效果非常好。

收稿日期：（2015-04-27）