某220 kV变电站35 kV谐振过电压分析

李江龙，卫 伟

（国网山西省电力公司晋城供电公司，山西 晋城 048000）

某220 kV变电站35 kV谐振过电压分析

李江龙，卫 伟

（国网山西省电力公司晋城供电公司，山西 晋城 048000）

通过220 kV某变电站主变录波器的启动波形，判断35 kV III段PT消谐装置频繁动作原因为谐振过电压，并对过电压产生原因进行分析，更换电压互感器一次消谐装置，保证了系统可靠运行。关键词：电压互感器；谐振过电压；录波器

电力系统在运行过程中，往往伴随着暂态过电压、操作过电压、雷电过电压等各种过电压的威胁，谐振过电压是电网暂态过电压的一种。我国10 kV、35 kV电网担负着直接向客户供电的任务，系统接地方式最广泛采用的是中性点对地绝缘方式，电网的结构、容量、参数、运行方式等变化频繁，系统中接地的电磁式电压互感器具有易饱和非线性特点，随着电网的结构、容量、参数、运行方式等的变化极易使电网对地容抗与电压互感器励磁感抗达到铁磁谐振的条件而引起谐振过电压。这种过电压一般持续时间较长，如不采取有效的预防和消除措施，常常会长时间自保持，从而引起电压互感器长时间过励磁而烧毁，甚至诱发相间短路和其他更为严重的电力系统故障[1-3]。

1 故障简述及现场检查

2014年6月21日，某站“3号主变录波启动”频繁动作。在接到调度指令后，二次运检人员前往对主变录波器进行了检查，检查过程中做了如下工作。

a)对录波器保护定值进行检查，检查结果定值无问题。

b)录波器频繁启动原因为35 kV III段电压突变量达到启动定值，录波启动正确。

c)对35 kV III段电压二次回路进行检查，检查结果无问题。

d)针对后台在录波器启动期间存在35 kV III 段PT二次消谐装置存在动作情况。对35 kV III段PT二次消谐装置历史动作情况进行了核查。

e)对35 kV III段母线所属出线进行核查，该站35 kV III段PT母线共带3个电容器和1个用户出线（A线378），通过核查，A线378曾发生过多起雷击事故跳闸事件，且3号主变录波器频繁动作期间，A线所处地域为雷雨天气。

2 录波分析

a)现场检查35 kV III段二次消谐装置，有谐振动作的报文，35 kV III段二次消谐装置动作记录如表1所示。

表1 III段PT二次消谐装置动作情况（谐振动作）Hz

b)查看3号主变录波器2014.06.18—06.21录波图。从录波图中看出：35 kVⅢ段母线三相电压依次轮流升高，幅值未超过2倍相电压，与分频谐振波形相似；Ua、Ub、Uc、3U0周期均为40 ms左右；联系当时的雷电天气和Ⅲ段母线所属间隔A线经常遭受雷击情况，综合判断35 kVⅢ段母线发生由于雷电引起的铁磁谐振过电压，此谐振为分频谐振，主要为1/2分频。这也与二次消谐装置的消谐动作相吻合。

下面通过实际试验来验证。

a)计算电压互感器的一次励磁电抗。停电后实际试验，根据电压互感器的励磁特性曲线，计算出励磁电抗XL。

式中：Ue——额定线电压，kV；

IL——额定线电压下的激磁电流，mA。

b）计算系统容抗Xc。为计算Xc，首先要测量系统的运行相电压Uph和电容电流I0。

式中：Uph——实际运行相电压；

I0——实测电容电流。

c)计算阻抗比。阻抗比K为

3 结论

电磁谐振 (分频)一般应具备如下3个条件：铁磁式电压互感器 (TV)的非线性效应是产生铁磁谐振的主要原因；TV感抗为容抗的100倍以内,即参数匹配在谐振范围；要有激发条件，如投入和断开空载母线、TV突然合闸、单相接地突然消失、外界对系统的干扰或系统操作产生的过电压等。由前面分析可知，电磁谐振的3个条件都已具备。

从上述分析可知，阻抗比远离1/2分频谐振的谐振区Xc/XL=0.01～0.08，在正常运行状态下不会发生谐振。由于35 kV A线378穿越雷区（曾多次发生雷击跳闸事故），引起系统扰动，导致35 kVⅢ段母线电压互感器的非线性铁芯磁饱和，感抗迅速下降，使阻抗比Xc/XL上升，其值刚好位于0.01～0.08之间，因而引发1/2分频谐振。由于35 kVⅢ段母线电压波动，导致3号变频繁启动录波，III段PT二次消谐装置频繁动作[4]。

4 防范措施及建议

系统发生谐振时，同一系统中所有PT都将受到威胁，如果PT绕组严重过热将造成损坏，甚至引起母线停电的恶劣后果，必须快速消除。结合本实例，提出如下措施。

a）35 kVⅢ段母线仅串带1条出线线路，A线378为充电线路，空载母线易发生谐振过电压。但由于电网结构所限，只能维持A线路充电运行。

b）建议停电检查一次消谐器，测量系统容抗和电压互感器的一次激磁阻抗，更换一次消谐器，观察参数是否打破匹配，破坏谐振维持的条件，减少谐振过电压次数。实际更换一次消谐装置后，谐振过电压次数有所减少，起到了限制分频谐振的目的。

c）如果第二项措施效果不明显的话，可考虑更换Ⅲ段电压互感器，更换为励磁特性好的电压互感器或者更换为电容式电压互感器，以降低发生铁磁谐振的几率。

[1]要焕年，曹梅月.电力系统谐振接地 (第2版)[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答 (第2 版)[M].北京：中国电力出版社，1999.

[3]国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材 [M].北京：中国电力出版社，2009.

[4]杜林，李欣，吴高林，等.采用3类特征参量比值法的铁磁谐振过电压识别 [J].高电压技术，2011，37（9）：2241-2249.

Analysis on the 35 kV Resonance Overvoltage in a 220 kV Substation

LI Jianglong,WEIWei

(State Grid Jincheng Power Supply Company of SEPC,Jincheng,Shanxi 048000,China)

Through analyzing the starting waveform of fault oscillograph of a 220 kV substation, it can be judged that resonance overvoltage is the reason of frequent action of harmonic elimination device at the third part of 35 kV potential transformer. After analyzing the causes of overvoltage, the harmonic elimination device was replaced, and consequently, the systemis ensured to be operated reliably.

voltage transformer; resonance overvoltage; fault oscillograph

TM86

B

1671-0320（2016）02-0065-02

2015-11-10，

2016-02-29

李江龙（1976），男，山西晋城人，1998年毕业于太原理工大学电气工程及其自动化专业，高级工程师，从事继电保护维护和管理工作;

卫 伟（1982），男，山西晋城人，2004年毕业于太原理工大学电气工程及其自动化专业，工程师，从事继电保护维护工作。