一起大電流接地系統(tǒng)中鐵磁諧振發(fā)生的分析

孫 青 李 靜

（襄陽供電公司電力調(diào)度控制中心，湖北 襄陽 44100241002）

1 異?，F(xiàn)象基本介紹

2012年6月20 日錢營變電所錢03開關(guān)更換工作結(jié)束后，用錢04開關(guān)對錢03開關(guān)充電時，錢110kV I段母線發(fā)生鐵磁諧振過電壓，導(dǎo)致錢110kV I段母線電壓顯示不正常。

1.1 異常前錢營變運行方式

錢110KV II段母線由主系統(tǒng)供電供錢#2主變帶錢營站全站負荷，錢03開關(guān)冷備用，錢04開關(guān)送電帶錢110kV I段空母線及互01PT，錢#1主變熱備用。其中錢04開關(guān)為少油（SW6型）斷路器，錢互01PT（錢110kV I段母線PT）為電磁式PT（JCC6-110型）。異常前錢營變的運行方式如下圖圖1所示。

圖1 錢營變110 KV側(cè)電網(wǎng)運行方式

1.2 異常經(jīng)過

由于進行錢110kV母線分段開關(guān)錢03開關(guān)更換的工作，錢03開關(guān)更換完畢后，錢06開關(guān)送電供錢110kV II段母線負荷，錢04開關(guān)送電供錢110kV I段空母線，現(xiàn)在用錢04開關(guān)對錢03開關(guān)充電。在斷開錢04開關(guān)后，在電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)錢110kV I段母線電壓異常（A相為98.5kV、B相為26.6kV、C相為98.9kV，3U0為95.2V，母線電壓107.9kV）。當時沒有意識到是諧振問題，派運行人員去檢查錢04開關(guān)的實際位置及錢110kV I段母線PT（互01PT）。當確認錢04開關(guān)確已斷開，互01PT檢查無異常后，才意識到可能是諧振問題。隨即斷開電源線路錢04開關(guān)的對側(cè)開關(guān)，錢110kV I段母線電壓恢復(fù)正常，由此判定這是一次比較典型的斷路器斷口均壓電容和電磁式電壓互感器串聯(lián)引起的諧振。

2 諧振現(xiàn)象分析

諧振發(fā)生后了解到錢04開關(guān)型號為SW6型斷路器，錢110kV I段母線PT為JCC6-110型電壓互感器。正好存在用少油斷路器（錢04開關(guān)）斷開帶電磁式PT空母線的情況，這是發(fā)生諧振的激發(fā)條件。變電所出現(xiàn)通過錢04開關(guān)的斷口均壓電容與錢110kV I段母線電壓互感器串聯(lián)的運行方式，這為發(fā)生鐵磁諧振創(chuàng)造了一個良好的諧振電路條件。開始時錢04開關(guān)在合位，當斷開錢04開關(guān)時，使母線電壓波動，回路出現(xiàn)擾動，激發(fā)出鐵磁諧振，出現(xiàn)了較高幅值的過電壓，即110kV I段母線相電壓A相為98.5kV、B相為26.6kV、C相為98.9kV。

少油斷路器每相設(shè)置兩個斷口，各斷口均裝設(shè)一只均壓電容器。當斷路器在分閘位置時，兩個斷口的均壓電容相當于串聯(lián)接線。由于大電流接地系統(tǒng)三相電路的對稱性，為了研究方便，我們將三相諧振電路圖等效為如下圖圖2的單相串聯(lián)諧振電路，設(shè)母線上接有電磁式電壓互感器，其電感為L1，與其并聯(lián)的相導(dǎo)體及母線對地電容為C0，斷路器斷口并聯(lián)的等效電容為C。當母線停電切除或恢復(fù)設(shè)備運行或其他運行方式中，只要出現(xiàn)斷路器斷口電容與電壓互感器形成串聯(lián)回路，同時母線對地電容C0（數(shù)值較小）與電壓互感器并聯(lián)后其伏安特性呈感性（假設(shè)其等值電感為L），當電源電壓出現(xiàn)的電壓擾動（如斷開錢04開關(guān)）使互感器鐵芯出現(xiàn)飽和以及動態(tài)等值電感的急劇下降到WL=1/WC時，就產(chǎn)生鐵磁諧振。以上錢營站母線電壓異常現(xiàn)象的出現(xiàn)就是由于電磁式電壓互感器在斷路器分閘時與斷路器并聯(lián)均壓電容及各種雜散電容形成串聯(lián)諧振電路，并在斷開錢04開關(guān)時激發(fā)出鐵磁諧振過電壓。

3 預(yù)防類似鐵磁諧振過電壓的措施

由于大電流接地系統(tǒng)中電源系統(tǒng)和互感器中性點均接地，各相的諧振回路基本上是獨立的，諧振可能在一相發(fā)生，也可能在兩相或三相發(fā)生，一般應(yīng)采用的方法如下：

①禁止出現(xiàn)空母線帶電壓互感器的熱備用運行方式，且在運行操作時應(yīng)避免出現(xiàn)斷口均壓電容與母線電壓互感器串聯(lián)情況。在進行向空母線充電的類似操作前，為避免發(fā)生鐵磁諧振，可采用以下兩種方案：

圖2 大電流接地系統(tǒng)中單相串聯(lián)諧振等效電路圖

方案一：可改變操作順序，即應(yīng)先拉開電壓互感器刀閘，待母線充電良好后，再合上電壓互感器刀閘；母線停電時，應(yīng)先拉開電壓互感器刀閘，再進行母線停電操作。

方案二：可以采取由對側(cè)開關(guān)帶上線路進行充電，以打破諧振的平衡，避免發(fā)生諧振?？刹捎糜庙?4開關(guān)帶順泥線線路、泥110kV II段母線及其PT對泥01開關(guān)進行充電，打破發(fā)生諧振的條件，避免諧振的發(fā)生。其接線示意圖如下圖3：

圖3 泥嘴變110KV側(cè)電網(wǎng)運行方式

②采用電容式電壓互感器或增加母線電容量，根本上消除此種諧振的可能性。增加母線電容量可以提高發(fā)生鐵磁諧振的激發(fā)電壓，而實際運行中的變電站母線長度（電容）已經(jīng)固定，不能單純?yōu)榉乐硅F磁諧振過電壓而增加其長度。增加母線電容量的另外一種方法是在母線上接一組耦合電容器來提高母線電容量。該方法只作為一種理論探討，實際中不如更換電壓互感器經(jīng)濟、可行，而且現(xiàn)在電網(wǎng)中電磁式電壓互感器已逐步被更換為電容式電壓互感器。

③在諧振初期，當發(fā)現(xiàn)母線電壓突然升高時，迅速拉開電壓互感器刀閘，或迅速切斷電源回路的開關(guān)及一切可以打破諧振的便捷方法來消除諧振過電壓，避免設(shè)備受損。

4 結(jié)語

本文針對錢營變發(fā)生的諧振現(xiàn)象，利用諧振原理與知識，分析了此次諧振發(fā)生的原因，并對出現(xiàn)類似諧振過電壓給出了快速有效地處理方法及預(yù)制措施，以便工作中借鑒和運用，提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、安全性和可靠性。

[1]王世禎.電網(wǎng)調(diào)度運行技術(shù)主[M].沈陽：東北大學(xué)出版社，2000.