空投35 kV母線發(fā)生諧振現(xiàn)象原因分析及處理

沈 達(dá)

（紹興電力局，浙江 紹興 312000）

我國35 kV及以下配電網(wǎng)，大部分采用中性點不接地方式運(yùn)行。其中運(yùn)行著大量的電磁式電壓互感器（TV），這些器件具有非線性電磁特性，它們與系統(tǒng)內(nèi)的容性元件在參數(shù)匹配時就會發(fā)生鐵磁諧振，產(chǎn)生極高的諧振過電壓。當(dāng)這種過電壓發(fā)生時，由于互感器的鐵心飽和，導(dǎo)致其繞組的勵磁電流大大增加，嚴(yán)重時可達(dá)其額定勵磁電流的百倍以上。從而引起互感器高壓熔斷器熔斷、噴油、繞組燒毀甚至爆炸，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

目前，常用的消除鐵磁諧振的方法主要從兩方面著手，即改變電感電容參數(shù)和消耗諧振能量。如在TV二次側(cè)開口三角形側(cè)接入電阻，在TV一次中性點接入消諧電阻器或零序TV等。從電網(wǎng)的實際運(yùn)行情況看，上述措施對消除鐵磁諧振確實起到了很好的效果，但在實際運(yùn)行中鐵磁諧振過電壓還是時有發(fā)生。

1 220 kV澄潭變電站35 kV母線發(fā)生諧振實例

在220 kV澄潭變電站用2號主變35 kV開關(guān)對35 kVⅡ段母線（空母線）進(jìn)行某次復(fù)役沖擊時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控機(jī)顯示35 kVⅡ段母線A相電壓42.5 kV，B相電壓42.5 kV，C相電壓35.8 kV。同時發(fā)現(xiàn)2號主變35 kV穿墻套管處有較大放電聲，立即拉開2號主變35 kV開關(guān)后放電聲消失。當(dāng)時根據(jù)上述現(xiàn)象初步判斷為在空母線送電時發(fā)生鐵磁諧振，后在35 kVⅡ段母線壓變開口三角處接1只1 kW電爐，再次送電時35 kVⅡ段母線電壓顯示正常，相關(guān)設(shè)備無明顯放電聲。

有運(yùn)行人員提出疑問：35 kVⅡ段母線壓變柜上已裝有消諧裝置，按正常情況應(yīng)不會產(chǎn)生諧振，且現(xiàn)場檢查裝置面板及查看事件菜單均無動作記錄及明顯異常。為解開這個疑團(tuán)，應(yīng)首先從諧振產(chǎn)生的原因及消諧裝置動作的原理兩方面來分析。

2 發(fā)生鐵磁諧振過電壓的原因分析

在中性點不接地系統(tǒng)中，由于接地保護(hù)的需要，三相TV的中性點是直接接地的，因此TV與電網(wǎng)線路對地電容并聯(lián)而形成諧振回路。電磁式TV的電感是非線性的，在正常運(yùn)行時，TV的感抗XL遠(yuǎn)大于電網(wǎng)對地電容的容抗XC，即XL與XC不會形成諧振，但由于某些原因，使TV的電感量發(fā)生變化，如果XL與XC匹配合適則將產(chǎn)生諧振。

母線TV電網(wǎng)實際接線見圖1。考慮到系統(tǒng)導(dǎo)線的阻抗較TV的激磁阻抗小得多，而且系統(tǒng)的相間電容及負(fù)載與此現(xiàn)象關(guān)系不大，以上影響均可以忽略不計。這樣圖1可用圖2所示等值電路來表示。在L和C0并聯(lián)的電路里有一個特點：當(dāng)電壓較低時，TV鐵心尚未飽和，ωL＞1/ωC0，XL＞XC0，IC＞IL（電容電流大于電感電流）， 此時相當(dāng)于一個等值電容C；當(dāng)電壓突然升高，由于鐵心飽和，使XL下降，達(dá)到一定程度時。會使XL＜XC0，即電感電流大于電容電流（IL＞IC），此時，相當(dāng)于一個等值電感L。

圖1 TV的接線

圖2 電磁式TV引起鐵磁諧振過電壓等值電路

正常運(yùn)行時，TV鐵心不飽和，所以并聯(lián)支路處于容性狀態(tài)。若令LA=LB=LC=L0，則并列后的各相導(dǎo)納 YA，YB，YC相等，即 YA=YB=YC=jωC+（1/jωL0）， 因而不會出現(xiàn)中性點不穩(wěn)定現(xiàn)象，即中性點電位與地電位是重合的。

上面提到的35 kV母線發(fā)生諧振的實例就是因為開關(guān)沖擊空母線時，鐵心電感受到“激發(fā)”而呈現(xiàn)不同程度的飽和，從而破壞了三相電路的對稱性，即YA≠YB≠YC，因此中性點位移必然出現(xiàn)。

3 母線壓變消諧裝置拒動原因分析

運(yùn)行的消諧裝置型號為WNXⅢ-60/B，對該裝置進(jìn)行了試驗檢查：工頻、高頻動作電壓為150 V左右，1/2，1/3分頻動作電壓為30 V左右，1/5，1/7，1/10分頻動作電壓為20 V左右，表明裝置動作情況正常。

對主變故障錄波器動作情況進(jìn)行分標(biāo)時發(fā)現(xiàn)35 kVⅡ段母線 A相電壓有效值為125 V左右（峰值175 V左右），B相電壓值與A相基本相同，C相電壓有效值為103 V左右，開口三角電壓有效為200 V左右（峰值250 V左右），且以上各電壓相位相差不超過50°。其中A，B相電壓為28°左右，經(jīng)計算所得故障時35 kVⅡ段母線AB相線電壓為60 V左右。35 kV消諧裝置工作電源設(shè)計為接35 kV保護(hù)、測量組電壓的A，B相電壓（正常電壓為100 V）。消諧裝置電源要求允許變化范圍100±10 V。

根據(jù)以上情況分析：消諧器不動作原因是由于35 kVⅡ段母線 AB相線電壓在發(fā)生諧振時為60 V左右，低于消諧裝置工作電源90～110 V的要求，AB相線電壓不能提供消諧裝置正常工作電壓，至使消諧裝置不能正常動作。

4 預(yù)防與整改措施

（1）由于對母線送電的瞬間交流電壓極不穩(wěn)定，電網(wǎng)發(fā)生接地、諧振等故障時瞬間交流系統(tǒng)的暫態(tài)干擾，均會影響交流電壓值。因此，消諧裝置工作電源如果從TV二次側(cè)取得交流100 V或者從站用電系統(tǒng)取得交流220 V均不合理，應(yīng)選用直流電源供電。

（2）對相同類型接線方式的消諧裝置進(jìn)行全面排查，統(tǒng)一設(shè)計整改，并聯(lián)系廠家將裝置電源更換成直流電源，徹底消除隱患。

（3）為了避免空母線合閘時諧振的發(fā)生，可采取事先投入某些線路或站用變壓器等措施，但不宜投入電容器組，防止電壓有較大波動時空載變壓器與電容器構(gòu)成諧振回路產(chǎn)生諧振過電壓。

（4）可更換伏安特性好的TV，使其工作點在伏安特性的線性部分，當(dāng)有激發(fā)因素時鐵心不易飽和，難于激發(fā)諧振，能有效防止諧振的發(fā)生。

5 結(jié)語

通過對220 kV澄潭變電站35 kVⅡ段空母線進(jìn)行復(fù)役沖擊時發(fā)生鐵磁諧振過電壓現(xiàn)象的分析，找出了諧振及消諧裝置為何拒動的主要原因。結(jié)合目前實際情況，提出了整改與預(yù)防措施。經(jīng)過實際應(yīng)用證明，在消諧裝置電源改由直流供電后，裝置動作可靠性大大提高，到目前為止未再發(fā)生類似拒動現(xiàn)象。

[1]李國友，曹琪琳.電壓互感器一次側(cè)加裝消諧器后三相電壓不平衡原因分析[J].高壓電器，2008，44（2）：187-189.

[2]陳化鋼，張開賢，程玉蘭.電力設(shè)備異常運(yùn)行及事故處理[M].北京：中國水利水電出版社，1999.

[3]周鶚.電機(jī)學(xué)[M].北京：中國電力出版社，1995.

[4]趙智勇.電力系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2007.