浅谈电压互感器谐振原因及其防止措施

发布时间：2022-10-05 21:44 热度：

　　【摘要】本文针对现实运行中所出现的一起由电压互感器谐振引起的事故进行详细科学分析，找出了造成电压互感器谐振过电压的原因，从而提出解决该类事故的防治措施，并从根本上防止再发生类似的谐振事故，确保电网的安全稳定运行。
　　【关键词】电压互感器，铁磁谐振，原因分析
　　一、概述
　　电力系统中的铁磁谐振过电压现象是一种比较常见的内部过电压现象，在3～60kV中性点绝缘的电网中时有发生。这种过电压持续时间长，甚至能较长时间自保持，因而对电力系统的安全运行构成极大威胁。从目前的统计上来说，它是导致电压互感器毁坏的主要原因之一，同时也是系统中某些重大事故的诱发原因之一。为了保证电网的安全稳定运行，有必要对这种铁磁谐振进行详细分析，从而找到产生谐振的根源，提出行之有效的解决方法，从而确保电网的稳定优质运行。
　　二、铁磁谐振分析
　　在中性点不接地系统中，为了监视三相对地电压，变电站母线上常接有Y0接线的电磁式电压互感器。于是网络对地参数除了电力设备和导线的对地电容C0之外，还有电压互感器的励磁电感Lo正常运行时，电压互感器的励磁阻抗是很大的，所以网络对地阻抗仍呈容性，三相基本平衡，电网中性点“O”的位移电压很小。但系统中出现某些扰动，使电压互感器三相电感饱和程度不同时，会出现互感器一相或二相电压升高，极端情况下也可能三相电压同时升高，与此同时，电源变压器绕组电势Ea、Eb和Ec则维持不变，它们是由发电机正序电势所决定的[1]。因而，整个电网对地电压的变动表现为电源中性点“O”有较高的位移电压，可能导致产生谐振过电压。
　　既然过电压是由零序电压（即中性点位移电压）引起的，那么网络零序参数的不同，外界导致谐振的条件不同，导致这种谐振过电压既可以是基波谐振过电压，也可以是高次谐波或分次谐波过电压。所以我们只有分析各种谐振产生原因，才能制定对应的解决方法：
　　（a）基波谐振过电压的产生过程
　　对于图1的等值接线[2]，可以得到中性点的位移电压U0为:
　　ū0=(Ėay1+Ėby2+Ėcy3)/(y1+y2+y3)
　　正常运行时，y1＝y2＝y3＝y，所以：
　　ū0=(Ėay1+Ėby2+Ėcy3)/(y1+y2+y3)＝0
　　(Ėa+Ėb+Ėc＝0)
　　
　　各相对地导纳呈容性（电压互感器励磁电感和C0并联值），也即流过C0电容电流大于流过L1的电感电流。
　　由于扰动的结果使电压互感器上某些相的对地电压瞬时升高，假定B相和C相的对地电压瞬时升高。由于电感的饱和使L2和L3减少，使流过L2和L3的电感电流增大，这样就有可能使得B相和C相的对地导纳变成感性，即y2、y3为感性导纳。而y1为容性导纳，容性导纳和感性导纳的抵消作用使y1+y2+y3显著减少，导纳中性点位移电压大大增加。如果参数配合不当使y1+y2+y3＝0，则发生串联谐振，使中性点位移电压急剧上升。中性点位移电压升高后,三相导线的对地电压等于各相电源电势和中性点位移电压的向量和。向量迭加的结果使得B相和C相的对地电压升高，而A相的对地电压降低。
　　从图2的电压矢量图不难看出，该种情况确有两相电压升高，一相电压降低。
　　（b）实例事故分析
　　例如某变电站就曾经发生过一起因10kV线路间隙性弧光接地，导致其10kV电压互感器烧毁的事故。该变电站10kV系统主接线图如图3所示，当时10kV开发区线A相开始出现间隙性弧光接地，后经零序过流动作跳闸。检查10kV高压室时见到10kV52PT有浓烟冒出，后经倒闸操作将10kV52PT退出运行。经检查发现10kV52PT高压熔断器的三相熔断，电压互感器B、C相烧毁，部分二次线烧焦，10kV52PT柜内部熏成黑色。
　　
　　这起事故是由于10kV开发区线电缆头着火，使线路发生间隙性单相弧光接地。使健全相上的电压突然升高到线电压，而故障相在接地消失时又可能有电压的突然上升，这种暂态过程中会有很大的涌流；或者电压互感器高压绕组侧发生单相接地，低压侧有传递过电压时，这两种情况下都会使电压互感器产生严重饱和，导致谐振事故的发生。
　　三、消除铁磁谐振的措施
　　通过对铁磁谐振产生原因和事故实例的分析，从中可以得出产生铁磁谐振一般应具备下列四个条件:1、铁磁式电压互感器的非线性效应是产生铁磁谐振的主要原因。2、要有激发条件，如电压互感器的突然投入、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。3、系统参数匹配在谐振范围，经验值电压互感器的感抗为容抗的100倍以内。4、维持谐振振荡和抵偿回路电阻损耗能量的供给。
　　从这四个方面着手，就不难找出限制和消除这种谐振过电压的措施：（1）选用励磁特性较好的电压互感器或改用电容式电压互感器。（2）在电压互感器的开口三角绕组中加阻尼。该方法已广泛采用，生产定型产品的厂家比较多，在实际运用中都取得了满意的效果。如某仪器厂生产的WNXⅢ/B型微电脑多功能消谐装置，该装置的核心部件为单片机和具有开关特性的晶闸管，由电压互感器A、B相供电，在电压互感器的开口三角绕组两端正反并联两只晶闸管。正常运行期间及在各种非铁磁谐振过电压作用下，晶闸管截止，装置呈高阻状态，约数百千欧；装置一旦判断电网发生铁磁谐振，使两只晶闸管交替过零触发导通，装置呈低阻状态，约数十微欧，向电网施加强有力的持续阻尼，使铁磁谐振过电压波迅速消除。（3）在电压互感器一次的中性点加装阻尼电阻。如某电瓷厂生产的RXQ系列消谐器，该消谐器串接于互感器一次绕组中性点与地之间，内部材料为大容量的炭化硅电阻片及散热片等串联组装而成。其工作原理为：在低压下消谐器呈高电阻值（可达几百千欧）使谐振在起始阶段不易发展，单相接地时，消谐器上出现千余伏电压，它的非线性电阻下降，使其不影响接地保护的工作。
　　四、结束语
　　根据资料显示，基波和高次谐波谐振过电压可达额定电压的3倍，工频谐振电流为额定电流的40～60倍；分次谐波谐振过电压一般不超过额定电压的2倍，但谐振电流达额定电流的240倍以上。在它们的作用下，将造成电压互感器喷油、冒烟、高压保险丝熔断等异常现象和引起接地指示误动作，甚至导致互感器本身烧毁，造成事故，因此应尽量避免互感器发生谐振的情况发生。
　　【参考文献】
　　[1]周泽存主编，高电压技术[M].北京：水利电力出版社，1994.06；
　　[2]周长源主编，电路理论基础[M].河北：高等教育出版社，1994.03。
　　
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