小电流接地系统谐振过电压的原因分析

摘要：在小电流接地系统中，电磁式电压互感器是非线性电感元件，而母线、线路对地呈容性。当电网对地容抗XC与TV感抗XL的比值处于易谐振区域内，同时系统中有雷击、单相接地故障消失、断线等状态时，会激发铁磁谐振。谐振可能一直存在直至某个设备闪络或爆炸损坏，也可能突然自动消失，且谐振频率可能发生跳转。谐振发生时，电磁式TV铁心严重饱和、励磁电流大增，常导致过热损坏或TV爆炸及系统短路事故。所以有必要对小电流接地系统谐振过电压的原因进行分析，可供参考。

关键词：小电流接地系统;谐振过电压;原因;防治措施

1某220kV变电站66kV主二次TV爆炸

220kV1号主二次在66kV东母带某一线、1号电容器、2号电容器运行，经66kV母联在西母带某线、某二线运行，2组电容器容量均为20Mvar，所带系统无消弧线圈运行，接线如图1。

1.1故障情况

01：21，1号、2号电容器断路器同时跳闸，均为电容器过压保护动作。当时为持续雷雨天气。01：50，66kV母线三相电压显示C相接地。01：53，母差保护屏装置异常，运行灯灭，将66kV母差保护屏退出运行。检查发现继电保护电压并列屏电压端子排烧损，计量电能表电压端子排烧损。随后进行接地检除，根据所带用户变对地电压表显示，接地未消失，A相63kV、B相64kV、C相0kV，对地电压表指示稳定。现场检查66kV西母TVC相喷油，分析认为可能是西母TVC相内部故障造成接地，应先将故障TV隔离。04：34，将某线、某二线由西母改东母运行，拉开66kV1号母联2250开关，将66kV西母及TV停电。04：44，主变主二次TVA、C相爆炸，1号主变差动保护动作，两侧开关跳闸。

1.2原因分析

雷雨天气下，间歇性接地等原因激发系统铁磁谐振、产生过电压。过电压持续时间达到电容器过压保护定值后，1号、2号电容器过压保护动作跳闸，但铁磁谐振并未因2组电容器跳闸而消除。30min后谐振过电压使西母TVC相一、二次绕组绝缘击穿，造成电压并列屏电压端子排烧损、TV喷油及单相接地。由于西母TVC相接地，系统谐振消除，用户变的三相对地电压表指示稳定也证明谐振已经消失。但在将66kV西母负荷改东母运行、拉开母联开关将66kV西母线及TV停电时，相当于用母联开关切除单相接地故障，再次激发了主变主二次TV与系统对地电容的铁磁谐振，由于1号主变主二次TV此前遭受谐振过电压的影响，估计其内部已造成损伤。所以仅10min后，铁磁谐振造成1号主变主二次A、C相TV爆炸，主变跳闸。该案例中，系统发生谐振故障时，2组电容器跳开后仍未破坏谐振，继而拉开母联开关将西母线及西母TV停电，相当于该站由2组TV并列运行变为1组TV运行，对地感抗约增大1倍，不但未避开铁磁谐振，相反再次激只发了主变主二次TV与系统对地电容的铁磁谐振，分析是谐振频率點发生跳变。

2谐振防治措施

2.1安装消弧线圈

安装消弧圈是预防系统发生谐振最有效的措施。消弧线圈属于中性点接地设备，其感抗（百欧级）远小于TV感抗（兆欧级），所以不会产生谐振。另外，消弧线圈能快速、有效地补偿接地故障电容电流、大幅降低弧光过电压，避免引起TV铁心饱和，同样不易产生谐振。66kV变电站在10kV侧每段母线上均采用接地变带消弧线圈的方式;220kV变电站内至少安装1台消弧线圈，主变为星型接线则直接在主变低压侧中性点安装，主变为星角接线则采用接地变带接消弧线圈的方式，且能够倒在任一母线运行;至少在每段母线配出线路所带66kV变电站内安装1台消弧线圈，对双回线变电站，应可切换到任一线路运行。

2.2TV开口三角安装微机消谐装置

系统发生铁磁谐振时，TV开口三角会出现零序电压，微机消谐装置对开口三角的零序电压3U₀的频率和幅值进行测量和判别。如果判断为谐振故障，则将可控硅导通，开口三角所接负载由数百千欧的高阻状态转入数毫欧的低阻状态，消耗谐振的能量。谐振消除后，晶闸管自行截止，恢复到高阻状态。微机消谐装置具有消谐反应快、安装方便、具备电网谐振状况的监测能力等优点。但是如果可控硅阻断失灵，则开口三角持续处于短接状态，当三相电压不平衡时TV相当于工作在二次短路状态，会造成TV烧损。所以必须确保微机消谐装置可控硅在系统正常时保持阻断、在铁磁谐振时快速导通、在非谐振故障时不误导通。

2.3TV高压中性点经电阻接地

TV高压中性点采用经电阻接地方式，在系统单相接地时，电阻会限制中性点对地电压，降低了非故障相TV一次绕组两端电压，使TV不易饱和，从而降低发生铁磁谐振的几率。与接入零序TV相比，经电阻接地方式，TV开口三角绕组输出电压由于被中性点电阻分压，阻值太小起不到降低非故障相TV一次绕组两端电压的作用，阻值太大则会影响接地指示装置灵敏性。需综合电阻器的阻值、热容量和绝缘水平，避免设计参数选择不当，使电阻烧毁等。

2.4采用CVT

目前，35kV、66kV电压等级的CVT已经有成型产品，相对于电磁式产品，存在带负载能力差、测量精度低、故障率高、造价高等缺点。但是对于500kV变电站的三次侧，间隔出线少且都是站内变、无功补偿设备，设置接地变是不经济的，可以选用CVT。

3事故处理原则

第一，小电流接地系统发生设备跳闸、系统接地或TV二次电压异常，应首先检查故障录波器TV二次电压幅值和周期或指针式电压表指示是否正常、接地选线装置动作情况，确认电压无问题后，方可到现场检查故障设备。第二，谐振发生时，应立即察看该母线上消谐装置动作情况、通过故障录波器或指针式电压表实时监视系统电压。消除谐振最有效的方法是投入消弧线圈，也可以拉、合线路，退出、投入电容器组、电抗器组，投入母线上的备用主变压器或所用变压器等来尝试破坏谐振。第三，不得采用人工在TV开口三角进行短接或接负载的方式去消除谐振，因为谐振后，TV可能随时出现一、二次绝缘击穿而将过电压引入二次装置，造成人身伤害。

4结语

综上，本文分析了某变电站66kV主二次TV爆炸的有关情况，并分析了谐振防治措施以及运行值班人员处理注意事项，希望能够促进相关问题的有效解决。

参考文献

[1]霍健，尹茂林.配电系统多重故障辨识及恢复策略研究[J].山东电力技术，2018.

[2]耿莉娜，钟雅风，何伯男.基于66kV系统TV铁磁谐振现象分析[J].东北电力技术，2013.

作者简介：陈雪洁（1987.9-），女，宁夏彭阳人，西安科技大学电力系统及其自动化硕士，高级工程师，研究方向：电网调控运行。