电磁式电压互感器的谐振分析及限制措施探讨

钟洁

（广西电网有限责任公司防城港供电局 广西防城港 538001）

电磁式电压互感器的谐振分析及限制措施探讨

钟洁

（广西电网有限责任公司防城港供电局 广西防城港 538001）

目前，导致电网出现过电压的原因比较多，较为频繁的就是谐振的过电压，这种过电压危害性比较大。一旦发生谐振过电压，经常会导致电气设备损坏，甚至于出现停电的事故。因此为防止发生谐振的过电压，在操作与设计电网的过程中，需要进行准确估算，防止产生串联谐振的回路。本文主要分析了电压互感器产生铁磁谐振的主要原因，并提出相应的限制措施，确保电力系统运行的可靠性与安全性。

过电压；谐振；分析及限制；探讨

1 概述

电力系统运行和实验表明，在中性点不接地系统中，当系统进行操作、发生故障单相接地突然消失或外界对系统的干扰时，变压器、互感器等含铁芯元件的非线性电感元件与系统中电容匹配时，可以产生不同频率的铁磁谐振。谐振时产生过电压或过电流，过电压对电气设备的绝缘构成严重威胁，过电流引发PT爆炸，对电力系统安全、稳定、可靠运行十分不利。

2 实例分析

2.1 工程概况

220kV某站10kV系统为中性点不接地系统，在10kV系统出现A相单相接地发展成三相接地，发生10kV母线电压互感器烧坏的故障。从录波图看出10时28分由于10kV系统出现瞬时接地诱发10kV母线电压波形发生畸变、含有大量谐波，系统内开始谐振，具体从图1可以看出，谐振一直持续到11时43分A相电压互感器绝缘击穿，造成10kV系统A相接地，具体从图2可以看出。11时48分B、C相电压互感器绝缘击穿，10kV系统三相接地产生短路电流，最终保护跳闸切除故障。导致电压互感器烧毁的直接原因是谐振过电压。

图1 电压谐振初始时刻波形图

2.2 电压互感器产生铁磁谐振的主要原因

在中性点的不接地体系中，为实时监视对地的绝缘，经常会在母线上连接Y接线电磁式的电压互感器，具体从图3中可以看出，图中u0是电源的电势，而C是线路对地的电容，电液互感器的激励电感为L，中性点位置串联的消谐电阻为R0。在正常的运行下，电压互感器的励磁感抗比较大，且数值经常在兆欧级之上。而C数值要根据线路长短来定，如果线路越长，其容抗就会越小。例如：1km线路，每相对地的电容大约是0.004μF，一次1km线路容抗在1MΩ以下，可见，整个电网中对地呈容性，且保持对称，其中中性点位移电压比较小，与近地电位较为接近。但是电压互感器励磁电感会随着电流大小发生变化，U-I特性从图4中可以看出。

从图4中容易看出，曲线起始段基本是直线，电感一直是常数。一旦激磁电流增大，铁芯就会渐渐饱和，然后就值就会降低。在正常的运行状态下，铁芯工作范围呈直线，一旦系统发生波动，例如：电压互感器合闸时产生巨大电流，或者是线路瞬间的单相弧光接地，都会导致电压的互感器出现三相不同的程度饱和，严重损害了电网对程性。中性点就会产生高位移的电压，从而引发谐振[1]。

图2 A相电压互感器击穿时刻波形图

图3 电磁式电压互感器引起铁磁谐振的等值电路

图4 电压互感器U-I曲线图

3 防止铁磁谐振的措施

随着电网不断发展，线路的参数也随之产生变化，加之，大量使用铁磁式的电压互感器，在某种程度上加大了电网铁磁谐振发生可能性。因此，为保证电网供电的安全性，需要使用相应的措施防止产生铁磁谐振。此外，防止产生铁磁谐振，还要从供电系统的电气参数入手，对参数进行改变。这样不仅可以防止发生电压互感器饱和的情况，而且可以有效预防铁磁谐振的过电压产生。

3.1 电气参数的改变

3.1.1 配备继电保护的设备

一旦电网出现单相接地的故障，为了对电压互感器谐振参数进行改变，需要装设继电保护的设备。这个装置主要是应用单相接地过程中大谐波的电流，将电流的继电器启动并投入使用，把电压互感器中二次开口位置三角处进行绕组的短接。当排除故障以后，继电保护装置可以恢复到原装，从而使电压互感器正常的运行。

3.1.2 选择不容易饱和或是三相五柱式的电压互感器

10kV系统中所用电压的互感器，需要选择励磁感抗超过1.5MΩ的互感器。

3.1.3 压缩电压互感器的台数

在同一个电网中，需要压缩电压互感器台数，特别是对中性点位置接地的电压互感器台数进行限制。

3.1.4 每相对地应加装电容器

这种方式能够减小网络等值，只要网络等值的电抗无法匹配，就可以将谐振消除。

3.1.5 在中性点位置装设消弧线圈

如果10kV系统中产生谐振，并且单相的接地电流数值与30安接近时，需要把中性点接地。

3.1.6 投入备用的线路

如果系统中仅有一个互感器时，且供电线路的总长度比较短时，可以投入一些备用的线路，这样可以避免发生谐振。

3.2 消耗谐振的能量

3.2.1 TV一次侧的中性点经高阻抗的接地

在三台单相的TV或是三相T一次侧的中性点和地间连接单相电流，这个方式也叫做4TV法。4TV方式一共有两种连接方法：①把三相TV的开口三角进行短接，这种连接方式比较简单，可是比较容易出现单相接地故障，导致电流环流在三角口，从而将PT烧毁。②直接连接三相TV的开口三角，这个方式能够有效避免第一种方式中存在的缺陷。换句话说，应用4TV方式能够谐振的初期阻止过电压，确保电力系统可以正常的工作[2]。

3.2.2 在TV一次的侧中性点串联消谐器

将复合电阻的消谐器串接到TV一次侧的中性点，可以达到抑制谐波、消耗能量与阻尼作用，这个方式也可以叫做一次性消谐。经研究可以表明随R加大，谐振范围也就会变小，如果电阻条件满足R＞16%XLE时，能够将铁磁谐振彻底消除，其中XLE是TV单相的感抗。如果没有连接消谐器，一旦系统C相出现单相接地，C系统与地相对的电压Ucn等于0。

式中UBO和UAO分别是Ab两相对低电压，UBC、UAC分别是BC与AC相间线电压，而Uφ是正常系统中相电压，这时候流经AB两相的高压绕组电流是：

3.2.3 装设消谐装置

可以在互感器开口三角位置绕组连接消谐的装置，如果产生谐振，在设计的周波下电压达到动作的数值时，鉴频系统会自动地投入消谐电阻，吸收谐振的能量，将铁磁谐振消除。此外，10～35kV电液比较容易发生铁磁的谐振，致使互感器受损，引发停电故障，严重威胁到供电的安全性。如果装设了消谐的装置，一旦发生谐振，消谐装置可以及时进行处理，从而确保电网运行安全性与可靠性。

4 结语

综上所述，在不接地的系统中，比较容易发生铁磁谐振，而且故障的类型比较复杂，导致消谐措施选择变成当下一个难题。因此要按照铁磁谐振类型对激发的条件进行归类，然后针对铁磁谐振来制定相应措施，确保电力系统可以正常运行。同时，还要全方面分析现有消谐措施，对各种消谐措施局限性与优点进行分析。①尽可能选择励磁性比较好的TV，尽可能将并联TV数量减少；②将消谐器串联到一次侧的中性点上，同时选择合适电阻，这样不仅可以将铁磁谐振的过电压彻底消除，而且还能够控制好分频谐振的过电流，比较适合应用在对地电容比较大、容量较大电网中。

[1]张玲云.中性点不接地系统单相接地时10kV电压互感器损坏原因分析[J].电子制作，2015，23（02）：46.

[2]李国辉.10kV电压互感器高压熔丝频繁熔断的故障分析及预控措施[J].中国新技术新产品，2013，15（19）：74～75.

TM451

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1004-7344（2016）03-0069-02

2016-1-3

钟洁（1985-），女，工程师，本科，主要从事变电运行检修管理工作。