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

孙锁龙

（国网山东省电力公司莘县供电公司，山东 聊城 252400）

间歇性单相接地是非常态化的电网运行模式，其处于间歇性接地过程时，互感器设备内部的电压会发生剧烈的变化，在此，系统会进行相应的调整。电网出现单相接地比较常见，若不对其进行维护、处理，其会产生巨大的问题，电路系统正常运行会受到严重阻碍。基于间歇性单相接地情况的分析，探讨电压互感器内部的暂态过程，了解其原理，进而为故障排除奠定良好的基础。

1 电压互感器概述

在系统中，电压互感器主要承担一次系统与二次系统的连接作用，基于互感器设备的应用，若在系统运行中出现电压值增加的情况，互感器设备内部的铁芯构件会发生巨大的变化，并产生相应的磁场反应。基于电磁感应原理，电网系统会产生二次电压，在此过程中，若对互感器线圈匝数、电压大小进行变动，则电磁电压值也会发生明显的改变，使其形成具有差异的电压值。基于互感器电压值的不同，按照不同的类型可以将其分为光电互感器、电子互感器、仪表互感器等。当电压互感器处于运行状态时，互感器设备会处于恒定空载模式，造成其阻抗持续较低。基于接地情况对互感器进行分析，若三相接地效果良好，则电网系统电压值会比较稳定，但若出现间歇性单相接地情况，则没有接地的三相电压值会随之增加。通常情况下，互感器设备与电路系统处于串联的状态，单相接地会致使系统出现严重的破坏。基于互感器结构特征分析，互感器中的铁芯元件不会发生感应，因此，电路系统需要充足的电容量，在单相接地时，电压会快速增加，最终会超出设备、元件的负荷能力，致使线路荷载电压值过高，致使互感器设备出现故障，若情况比较严重，则整个电路系统会出现停电问题，影响人们的日常生产以及生活。

2 电压互感器电流运行原理

基于暂态分析的方式，能够了解互感器内部是否处于故障情况。在对其暂态稳定性进行分析时，需要结合变压器类型、参数、连接情况，对设备进行暂稳态分析。基于某家庭电路系统的分析，系统中包括3 个电势力，在不同的电压状态下，线路设备的电容量值也会发生改变，可分别应用A、S、D 表示，其中性点电压位置电容值用0 表示，在运行过程中与互感器处于对应状态。当电网处于接地状态时，若其为电容接地状态，则互感器设备会起到桥梁的作用。在实际运行过程中，若电力系统的线路存在明显的差异，则电压值会呈现出些许的不同，相比较而言，绝缘层较高位置要低，电压较高。当设备处于单相接地状态时，系统的温度会逐渐升高，甚至会造成严重的系统故障。若电网处于单相接地状态，当互感器设备运行时，其发生概率也会比较高，在暂态分析过程中，对电流进行分析，对于了解故障发生率，明确故障问题具有重要价值。基于电压互感器的电流运行原理分析，明确其在处于接地状态时的电流机理，通过暂态分析的方式，了解互感器的状态。

3 实验室测试电压互感器励磁特性

基于互感器的励磁特性分析，对其特征进行分析，对设备运行进行涌流试验，观察其励磁特性。基于试验发现，当设备处于单相接地情况时，电流与电压成正比例关系，若线路、设备通过电压增加，电流也会明显增强，但其不会表现出线性特征。在实验过程中，当电压值增加之后，其电流增长速度之间存在明显变化时，基于励磁涌流实验过程中所建立的稳态模型，电压状态若不同，互感器设备的涌流数据也会出现差异，基于实验中对电流以及电压数值的对比，在接地情况下，互感器涌流数据提取，在饱和情况下，电压值会逐渐变大，若电网系统出现间歇性接地情况，对其进行暂稳态分析，使其不会出现内部故障的情况。基于实验室对比分析，电压与电流数据变化基于涌流数值实现，电波变化周期为2.3s，常数值为0.02s。

4 案例分析

（1）案例概况。莘县公司某110kV 变电站设计为双母线接线方式，使其处于并联供电的状态。在设备运行过程中，电压过高致使设备出现局部温度过高，互感器设备出现故障。经过现场运维调查研究表明，互感器设备故障问题为保险丝熔断，致使数据出现明显的异常。在电网系统运行过程中，记录仪记录了电压的异常变化情况，以可视化数据的方式，对其进行了展示。基于录波曲线分析，数值对应此过程中的电压与电流，基于周期的转换，使其突变，最终变为0。在此，设备接地两相电压出现异常，电压数值持续上升，经过调查发现，其处于电压接地状态。此外，电压与电流处于波动状态下，电阻出现异常情况。

（2）电压、电流值分析。在此过程中，电网设备处于单相接地状态，基于互感器内部故障情况，对其进行暂态分析。单相接地电压稳定，但其余两项电压处于迅速增加的状态，经过数据对比之后发现，电压值迅速上升了4 倍以上，达到了电压的峰值，使其处于330V。在此过程中，互感器设备必然会达到临界点，致使互感器的铁芯熔断、设备出现故障。在故障情况下，互感器设备的励磁电流会逐渐转变为励磁涌流，相比较正常电流而言，电流会经过互感器设备以及熔断器元件，基于励磁特性，对互感器出现励磁冲击波的情况进行分析，测量当时的电流值。在此案例中，互感器稳定电压值为3V，此电压值对应的电流值为0.4A，若其处于峰值，则可以达到0.5A。在设备运行时，电压常数值为120V，电压最高值在140V 上下。基于励磁特性对其电压、电流的运行数值进行计算、推理，当电压变化波动在0.75 倍以内时，其通过的电流也可以达到50A，其高于标准电流100 倍以上。

当互感器设备处于单相间歇性接地时，电压处于反复波动变化状态下，其通过电流也处于不断的变化过程中。若互感器设备铁芯通过电流值达到饱和状态时，其会产生无法控制的状态，致使其达到熔断点，设备出现十分严重的故障情况。在此案例中，电网系统出现单相接地故障，其他两相电压会出现故障，致使其出现涌流热效应。

（3）互感器稳态分析结果。基于案例的分析，当电网处于单相接地时，对互感器设备的励磁特征进行分析，观察其暂稳态的过程，发现其电流、电压均处于不稳定的波动状态。在此过程中，可以得到以下结论。首先，若互感器设备出现了严重的故障问题，通常情况下，会伴随着电压与电流的波动变化，致使通过数据出现明显的异常。基于并联模型对其进行暂稳态分析，使其能够形成稳态的过程，发现其由于电网设备处于单相接地状态，致使其出现波动，稳态性缺失，这是导致设备出现故障的机理问题。其次，在单相接地过程中，数据出现明显的异常，通过励磁特性的分析，能够了解互感器设备通过电流的情况。此外，线路系统处于电压互感器切换状态，通过互感器设备铁芯的磁场效应，致使其在运行过程中的电流值、电压值处于峰值，使其能够产生巨大的热量，进而导致其出现熔断反应。若单相线路不处于接地状态，中性点变化不够稳定，设备运行过程中的内部电压或处于反复变化之中，致使其产生暂歇气流，最终导致设备出现严重的异常，各元件也出现反复的变动。所以，基于暂态稳定性分析，若其在运行过程中出现间歇性单相接地故障，互感器作为测量仪表、继电保护的传感装置，其会发生不稳定的暂态过程，致使互感器通过电流、电压均产生巨大的变化。通过暂态分析的方式，经过反复的对比。计算、论证，了解互感器设备的故障机理，明确其故障的因素，能够快速了解设备的接地状态，对互感器设备故障因素进行排除。

5 结语

总之，电网中互感器设备若发生故障，则电路中的电压、电流均会发生异常。基于单相接地时的互感器内部暂态分析，是观察设备是否处于稳定运行的关键，基于电流运行机理、电路故障机理对单相接地时的暂态情况进行分析，了解此过程中互感器的磁场效应，并观察设备线路中性点是否处于稳定状态。通过暂态分析的方式，观察其是否处于故障状态。