论电压互感器因谐振损害的防治研究

尹莉欣，顾　魏

(1. 国网山西省电力公司太原供电公司，太原　030001；2. 国网上海市电力公司奉贤供电公司，上海　201400)



论电压互感器因谐振损害的防治研究

尹莉欣1，顾魏2

(1. 国网山西省电力公司太原供电公司，太原030001；2. 国网上海市电力公司奉贤供电公司，上海201400)

在小电流接地系统中，在母线侧通常装有高压互感器，用于监测母线电压，体现单相对地绝缘情况。当系统出现单相接地时，由于电压下降，互感器内励磁阻抗亦下降，如果此时电抗与电容正好匹配，即会产生谐振，易造成互感器熔断器烧毁。甚至互感器损坏，威胁电力系统及受电设备的可靠运行，针对以上问题加以分析并提出解决方法。希望能够提高供电可靠性及客户电气设备的健康运行水平。

电磁式电压互感器； 铁磁谐振； 消谐措施；供电可靠性

电压互感器就是一个降压变压器，由一次绕组、二次绕组、铁芯组成。工作时一次绕组接于一次电路中，二次绕组并联仪表、继电器的电压线圈。由于仪表电压线圈的阻抗大，所以二次绕组接近空载。根据绕组的同实现不同变比，即可应用于各类仪表电路中，从而实现弱电管理强电的功能，一次电压很高，二次电压仍很安全，大大提升了操作人员的人身安全可靠性，对设备安全也有效起到保护作用，所以在电力系统中得以广泛应用。在小电流接地系统中电压互感器一次绕组通常星形连接并且中性点直接接地，当系统发生单相接地时互感器激磁阻抗下降，当电抗与阻抗相匹配时就会产生谐振，极易发生谐振过电压，使电压互感器造成损坏，本文就针对互感器损坏的现象，分析原因并提出应对措施，希望能够减少设备故障率，保障电气设备可靠运行。

1　电磁式电压互感器谐振产生原因

1.1实例展未

某市一座35 kV变电站在一次的10 kV出线单相接地故障发生后，B、C两相电压升高到了17.5 kV，告警显示大约1 min后电压互感高压熔断器熔断，出线保护控制屏显示“TV断线”，三相电压为零。该变电站位于山区，采用中性点不接地方式，进线主要为架空线路，全长22.7 km，出线采用电缆出线，对地存在分布电容。故障发生后，该站维护人员对线路进行了巡查，最后确认由于当日小雨并伴有大风，线路与树枝触碰，导致接地故障，继而引发全线停电事件。随后变电站值班人员在接调度指令后巡查配电设备，发现电压互感器柜内有焦味，并冒出青烟，经现场确认为电压互感器因谐振引起过电压导致损坏。

1.2产生原因

该城市配电网主接线结构图如图1所示。B1和B2分别为110、220kV变压器，TV为线路电压互感器，C0为线路对地电容。

图1　城市配电网主接线结构图

三相等效电路图如图2所示。EA、EB、EC为三相电源，CA、CB、CC为三相对地电容。C0为中性点对地电容，LA、LB、LC为三相系统电抗，LTA、LTB、LTC为电压互感器电感。

图2　三相等效电路图

2　事故发生后的判断与分析

当用户变电站内发生电压互感器损坏事故后，客户后台监测系统会发现故障相电压监测下降，而非故障相电压则突然升高，从而发出报警信号，在通过电度表、电压监测、零序电流检测各参数确定为电压互感器损坏后，应做如下处理：

(1)在确保人身安全的情况下，巡视高压设备，并记录故障情况。

(2)检查变压器电压互感器柜，断开互感器所带二次负荷，并将互感器断开，切断与母线联络，摇出小车，查看其三相高压熔断管的损坏情况，切除故障点。

(3)经查看，如高压熔断管未熔断，从而确定其高压侧未受损，则可在确保安全的情况下恢复正常使用。如高压熔断管己烧毁，则可能互感器绝缘己受损，虽然更换熔断管但并不能马上使用，需经过耐压试验，保证互感器绝缘良好，避免留下事故隐患。

3　电气设备运行中消除谐振的措施

(1)在电压互感器一次侧中性点上串联电阻或加装消弧线圈，可采用固定补偿方式和动态补偿方式，固定补偿方式是将消弧线圈设定在过补状态，从而避免由于系统切除线路而引起的电容电流减小，产生谐振。但固定补偿又无法适应系统负荷的变化，如线路投切，重合闸等易使中性点电压偏移，引起过电压，导致设备受损，故现在常以自动式消谐装置取代。当电网运行正常时，自动消谐装置退出运行，但发生单相接地时，该装置自行投入相应数量的电容，以补偿无功，熄灭电弧，方便，有效。同时增大中性点的对地阻尼值，从而达到限制短路电流的作用，但电阻值过大会造成电流过大烧坏中性点的绝缘，故通常采用几十千欧为宜。

(2)合理调节电网运行方式，例如在进行母线操作时，适当加长出线长度，用以调节母线对地电容，使电网内电容与电感不易达到平衡，不符合谐振条件，从而减少电压互感器的损坏机率。但由于现在城市配电网出线日益增多，配电网络复杂多元化，所带负荷也日趋复杂，如通过增加出线长度来调节电容，不但操作繁琐，容易出现失误，加大电网投入成本，而且不易实现。无法量化，不易找到平衡点，虽简单易行但并不适用于生产实际。

(3)对电压互感器的励磁特性进行严格把关，尽可能降低互感器铁芯正常运行工作点，现市场上己有互感器的更新产品，此类产品采用低磁密设计，在一次侧的绕组和绝缘层之间加装了电容屏蔽层。从而使铁芯不易饱合，对较高电压的耐受力明显增强，减少符合谐振条件的机率，提高铁磁谐振的稳定性，保障互感器的安全运行，减小暂态电流。同时能够消除多余的磁能量，从而保证在中性点不接地系统中发生单相接地时电压互感器不被间歇性短路电流破坏。

(4)充分利用变电站内母线电容器，现大部分变电站内己安装有无功补偿装置，现已逐步由自动补偿装置取代，当电力系统中发生符合谐振条件或进行倒闸操作后电压不稳时，将自动投入无功负荷，增大母线电容，使母线失去谐振条件，待电压稳定后自动将无功装置退出，避免过补偿。

(5)利用零序电压互感器，在零序电压互感器的开口三角与二次保护装置并联，在发生单相接地短路时，开口三角处会流过零序电，作用于保护装置动作，限制非故障相互感器电压升高。即在原电压互器的中性点串入单相零序电压互感器。在系统发生单相接地故障时，零序电压由零序电互感器负担，从而使得非故障相电压产生较小升高，互感器铁芯不易饱合，不具备谐振条件。

(6)在客户设备的保护配置当中，注重对负载的额定电流及短路电流的校核，同时兼顾电压互感器的额定容量及单相接地时的最大短路电流。依此按照逐级匹配原则进行配置，保障保护线路后侧发生短路时能快速有效的切除故障设备。

4　结语

电压互感器是电气回路中联接一次二次设备的重要设施，由于互感器设备的特殊性，一次侧中性点直接接地，二次侧则有开口三角与保护装置并联，出现谐振过电压时，避雷器不能有效保护其安全性。而且受电系统复杂，对地电感电容随时发生变化，在具备谐振条件时，会使系统电压升高，影响电气设备可靠运行，但只要找对原因，具体分析根据上述各种措施或对现有施备进行改造，或新增自动调节设备，使电力系统的电容和电感不具备匹配条件，减小对电力设施的损坏条件。仍然需要在工作中不断积累经验，发现更加简单易行又有效的手段方法，不断总结经验，来降低电压互感器的损坏率，保障电力系统安全、稳定运行。

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(本文编辑：严加)

Prevention and control of Voltage Transformer Resonance Damage

YIN Li-xin1, GU Wei2

(1. Taiyuan Power Supply Company, Taiyuan 030001, China;2. State Grid Fengxian Power Supply Company, SMEPC, Shanghai 201400, China)

In the small current grounding system, the bus line is usually equipped with HV transformers for monitoring bus voltage to reflect the single-phase ground insulation status. When single-phase ground occurs, due to the voltage drop, the transformer magnetizing impedance also falls. The exact match between reactance and capacitance will cause resonance, easily leading to the transformer fuse burning, even transformer damage. This could endanger the reliability of power system and powered devices. This paper analyzes the above problems and proposes solutions, hoping to improve the reliability of power supply and stability of the operations of the electrical equipment for end users.

electromagnetic voltage transformer; ferromagnetic resonance; harmonic elimination measures; supply reliability

10.11973/dlyny201604008

尹莉欣(1977)，女，工程师，从事城市供电网络用电监察工作。

TM451

B

2095-1256(2016)04-0442-03

2016-05-13