10kV不接地系统产生谐振的原因及措施

李毅涛

【摘 要】 10kV配网系统，是采用中性点不接地系统和小电阻接地系统的运行方式，不接地系统的线路发生单相接地或单相接地消失的瞬间，经常造成电压互感器一次侧熔断器熔断，容易误判为电压互感器故障或是变电所内母线系统发生接地故障，但是其是由于电压互感器的铁磁谐振造成。就10kV不接地系统产生谐振的原因及措施进行了分析，寻求并探索解决这个问题的方法。

【关键词】 不接地系统 谐振 饱和 消谐

1 电压互感器引发铁磁谐振的原因

在10kV中性点不接地的配电系统中，由于配电网的不断发展使线路参数发生变化，较常出现运行中电压互感器烧损、高压熔丝一相或两相熔断等异常故障。其重要原因是：电压互感器励磁电感和配电系统对地电容形成匹配，并在一定条件的激励下，使电压互感器产生磁饱和，引发铁磁谐振。其谐振过电压的幅值可达相电压的2～35倍，可致使电压互感器烧损或高压熔丝熔断。为此，通过对电压互感器产生铁磁谐振原因的分析，以采取消谐措施。

10kV配电系统采用中性点不接地方式运行，其线路出线（尤其是电缆出线）对地存在分布电容。当系统运行正常时，各相电压互感器的感抗相等，中性点电压等于零。当线路因断线、雷击或其他原因而产生单相接地故障时，接地相对地电压降到接近于零，而非故障相对地电压上升√3倍，导致中性点位移，中性点对地电压升高，系统的稳定性和对称性遭到破坏。在发生单相接地故障时，其接地点电阻较大且接触不良，因而在接地点出现瞬燃瞬熄的电弧放电，从而造成电压瞬高瞬降，而引发电能、磁能的振落。电压互感器在电磁振荡的激励下极易产生磁饱和，暂态励磁电流急剧增大，电感值下降，从而引发铁磁谐振。

同时，由于各相感抗发生变化，各相电感值不相同，中性线产生零序电压，使电压互感器出现零序电流，与对地电容构成回路。当感抗大于容抗（WL>1/Wc）时，回路不具备谐振条件。但在电压互感器铁芯磁饱和后，其电感逐渐减小，当电感降到满足WL=1/WC时，即具备谐振条件，从而产生谐振过电压。（只有在XC/XL≤0.01时，才不会发生谐振）在发生谐振时电压互感器一次励磁电流急剧增大，使高压熔丝熔断。当电流尚未达到熔断熔丝的情况下，而又超过电压互感器额定电流，若长期处于过电流状况下运行，即造成电压互感器的烧损。

2 消除铁磁谐振的措施和方法

2.1 善电压互感器的励磁特性

10kV配电系统选用的电压互感器，其特性若不良，在单相接地等过电压的作用下，会引起励磁电流增大，感抗下降，易激励引发铁磁谐振。反之，在电压互感器特性优越的条件下，对一般的过电压水平，还不足以进入较深饱和区，不易构成参数的匹配，从而可避免引发谐振。所以改善电压互感器的空载励磁特性，选择伏安特性优越的电压互感器，也是一种消谐的措施。

2.2 减少电压互感器的台数

在同一个10kV配电系统中，应尽量减少电压互感器的台数，尤是要限制中性点接地电压互感器的台数。因为同一网络中并联电压互感器的台数越多，则总体等值电抗就越小，容易与电容参数匹配而发生谐振。如变电所的电压互感器只作为测量仪表和保护用，其中性点不允许接地。

2.3 串接单相电压互感器

在三相电压互感器一次侧中性点串接单相电压互感器，使三相电压互感器等值电抗显著增大，以满足XC/XL≤0.01的条件，从而避免因深度磁饱和引起的铁磁谐振。

2.4 每相对地加装电容器

因为XC/XL≤0.01时，可避免引发铁磁谐振。因此加装电容器，可使容抗XC减少，从而达到满足XC/XL≤0.01的条件，可消除谐振。

2.5 系统中性点装设消弧线圈

当10kV配电系统发生接地故障，其接地电流值较大或接近30A时，可在中性点装设消弧线圈接地，有利于瞬间接地电弧的熄灭，从而有效地防止弧光接地引起的过电压。由于消弧线圈接在中性点回路，其电感值与电压互感器等效零序电感相比小得多，不易构成参数匹配，可防止谐振的发生。

2.6 装设继电保护设备

若10kV配电系统发生单相接地故障时，为改变电压互感器的参数，可通过装设一套继电保护设备来实现。该装置是利用单相接地所产生较大谐振电流启动电流继电器接入，以改变电压互感器的参数。当接地故障排除后，继电保护设备退出，电压互感器恢复正常运行。

2.7 电压互感器高压侧中性点串接电阻

根据“电工学”谐振原理可知，在发生谐振时，串入电阻能起到消耗谐振能量和阻尼、抑制谐振的作用。显然电阻值越大，抑制谐振效果越好。但阻值太大会影响系统接地保护的灵敏度，电阻容量亦受到限制。对10kV系统一般可选用10～30kΩ较为合适。

2.8 电压互感器二次开口三角处接入阻尼电阻

10kV配电系统运行正常时，电压互感器二次开口三角处两端没有电压，或仅有极小的不对称电压。当发生单相接地故障时，电压互感器二次开口三角处两端会出现约100V的电压，利用这一特点可在其两端并接一个阻值为75～100Ω，容量为500～750W的阻尼电阻。在发生单相接地故障时，此电阻值较小近似于短路，起到改变电压互感器参数的作用。这不仅可防止电压互感器发生磁饱和，而且还可消耗谐振能量，抑制和消除谐振的发生。

3 解决谐振的效果

解决谐振的最优措施是在电压互感器的开口三角侧接上一个灯泡，这种方法简单、易于事施，可起到零序阻尼作用，但安装效果不够理想，电压互感器高压熔断器熔断还是较多，对非金属性接地所激发起的谐振无发抑制。

4 结语

10kV中性点不接地系统发生谐振的直接因素是系统过电压，其根本原因是电压互感器出现饱和，造成互感器的感抗改变，至于采用何种消谐方法，应该根据实际情况，结合系统的运行方式，分别采取措施，以达到预期的目的，建议在新建的变电站采用质量好的抗谐振型电压互感器。

参考文献：

[1]姜文贤.铁路10kV小电流接地系统谐振原因及解决措施[J].硅谷，2013（6）：125.

[2]杨红松，姚振爽.10kV中性点不接地系统中电压互感器铁磁谐振原因及消谐措施分析[J].中国科技博览，2012（30）：71-72.