电网发生间歇性单相接地时电压互感器内部暂态过程分析

张书华 宋爱霞 艾传敏 国网山东省电力公司宁津县供电公司

电网发生间歇性单相接地时电压互感器内部暂态过程分析

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本文介绍电网中单相接地和电压互感器的概念，并进一步分析电网发生间歇性单相接地时电压互感器内部暂态过程。

间歇性单相接地；电压互感器；暂态过程

前言

若电网在正常的运行过程中出现间歇性的接地现象，则会导致电网中的电压互感器的内部电压出现突然变化，这种急剧变化会导致电网系统内部出现一定的反应。利用电压信号对整个电路进行相应的分析和检测后发现，整个电路系统出现相应的调整。[1]同时，在电力系统的日常运行状态下，出现单相接地的频率相对较高，若不能针对接地的现象采取相应措施并及时跳闸处理接地线路，电网运行维护人员可以利用隔离装置来对发生故障的位置进行抢救性的处理，最终为电路的维护争取及时有效的时间，保证电路系统的正常运行。

1.电压互感器的介绍

作为一种电网中的常见设备，电压互感器在电路中起着链接一次系统和二次系统的作用。若在线路中施加一定的电压值，则线路中的电压互感器中的铁芯会发生一定的变化，并产生磁场。可以根据电压互感器中的电磁场的感性情况来分析产生的二次电压。若改变二次电压的大小或者其线路中的线圈匝数，则会导致其产生不同的电磁电压，最终形成相对应的不同电压值。根据电压互感器中的电压比例可以其分为光电式电压互感器、电子式电压互感器、测量仪表类的电压互感器几种电压互感器的类型。当电压互感器进入运行状态时，电压互感器中的恒定空载状态会导致电压互感器中的阻抗值维持在比较低的水平。电网出现单相接地现象时，接地现象比较稳定，整个电网系统中的相应设备出现较为稳定的电压值，此时，没有接地的三相电压会升高。若单相接地时，电压互感器和电网之间会相互串联，最终导致电力系统的破坏程度加大。根据电压互感器的内部结构进行分析可以发现，电压互感器内部的铁芯是一种不能感应元件，所以，电网比地面具有更大的电容量，这会导致电网中的线路电压急剧上升，最终线路电压过大，电压互感器中的保险丝出现熔断，严重的甚至会导致变电站出现大规模停电现象。

2.电压互感器的电流原理分析

如下图所示，利用该图来进行暂稳态的分析，通过该分析来查询电压互感器的内部故障情况。图中显示的是三种不同电压变压器的电路图，该图中的电路中包含三个电源电势，被简称为电源电势。LA，LB，LC表示的是电压状态下的不同电容量值，0点表示的是位于中性点电压位置的电容值，相对应的是电压互感器中的电感和电压。其中02表示的是接地状态，而01是在电容接地时，起到桥梁的作用。实际中，在不同电压的线路里，电网系统中的绝缘层和电压较高位置要低，这在较低电压的线路中表现尤为明显。所以，在单相线路发生接地时，系统温度很容易升高，并发生系统故障。经过大量的实践证明，电压互感器在电网单相接地时，发生故障的概率比较高，所以，分析接地暂态过程中的电流具有很大的重要性。

图1 暂稳态分析电路图

图2 电压互感器中的实验电压和电流的变化关系

3.实验室内测试电压互感器的励磁特性和涌流

可以在实验室内测试电压互感器的励磁特性，利用实验室的输配电设备辅助实验进行，同时在该实验的基础上进行涌流实验。实验中发现，电流和电压成正比例管理，当电压增加时电流也会逐渐增加，但是电流的增加并没有呈现出较为明显的线性现象。当实验中的电压值增加到111V，电流的增长速度与之间的电流增加速度相互比较会发生明显的变化。根据实验中的励磁涌流及实验中所建立的并联模型可以分析出暂稳态的过程。电压状态不同，电压互感器中的涌流数据也互不相同。图2所表示的是电压和电流的对应关系，图中所表示的电压和电流的涌流数值分别是240V和190A。该实验中的电压互感器的电压值在饱和电压值时，励磁涌流的数据指数会逐渐变大，在对电网发生间歇性单相接地电压互感器内部的故障研究时，需要采用暂稳态的分析办法来进行分析。

根据某变电站中的设备为例，当把变电站中的两条母线相互并联连接时，高压导线会由于线路中的温度过高而温度逐渐升高，温度升高会引起电压互感器中的保险丝出现熔断。电压互感器在保险丝出现熔断后，其电压检测仪器上会出现异常的数值，电压互感器会自动开启记录数据的功能，并同时检测电压的变化关系。不同的录波曲线中会对应不同的电压数据一起线路中的三相开口电流值。若第一段中电压在下一个周期的转变过程中变成零值，同时伴随其他两相电压数值异常，则可以判定为第一相电压出现接地。而此时电压和电流的不稳定情况会导致整个电路中出现电阻异常的故障。对线路进行暂稳态的分析可以发现，一相电压接地之前的电压值是其他两相的1/5，电压峰值在330V，随即产生了保护的励磁涌流。励磁涌流的现象会导致电流值超过正常值的范围，并导致高压互感器以及熔断器出现故障。所以，若单相接地电压不连续时，电压的反复变化以及电压的冲击性可以导致电压互感器中的铁芯处于饱和状态并难以逆转。若一相电压出现变化，其他的两相电压会熔断。[2]此外，若电网中的单相电压发生接地的故障，电网中没有发生故障的线路上所分布的电压值与发生故障的电压线路相比较，其电压数值会变大，最终导致电网中发生故障的线路内部的电压互感器的保险丝在大电流的流通下，保险丝由于温度过高最终出现涌流效应。

4.结语

综上所述，电网中的电压互感器一旦发生损坏，会导致电网中的电压和电流出现异常情况，所以需要通过电网线路中的线路并联模型进行电容和电感的暂稳太分析，最终确定电网中出现间歇性单相接地，线路中的电压互感器发生电路故障的机理。分析时需要利用电压互感器中的铁芯所出现的磁场效应使得线路中的电压、电流出现最大值。电压和电流值变大会导致线路中的热量升高最终线路熔断。若单相线路不接地，线路中性点的变化会处于不稳定的状态，互感器内部电压的频率变化，线路中暂歇电流会导致线路中的零部件过热而出现零部件故障。

[1]林莉,何月,王军兵,张向伍,郭文宇,中性点不接地电网单相接地时电压互感器损坏机理 [J]. 高电压技术 ,2013,05:1114-1120.