中性點不接地系統(tǒng)產(chǎn)生鐵磁諧振的原因及解決措施

王敏

摘 要：在變電運行中出現(xiàn)的鐵磁諧振現(xiàn)象，極易導(dǎo)致電壓互感器高壓側(cè)熔斷器熔斷，嚴重時甚至導(dǎo)致PT燒毀。通過介紹中性點不接地電網(wǎng)中出現(xiàn)的鐵磁諧振現(xiàn)象，分析了出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因，并結(jié)合具體的運行實踐，提出了有效預(yù)防和消除這一現(xiàn)象的措施。

關(guān)鍵詞：中性點；不接地電網(wǎng)；鐵磁諧振；熔斷器

中圖分類號：TM864 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.17.148

1 鐵磁諧振現(xiàn)象

在電力系統(tǒng)中，除了電阻元件外，還有很多電感元件和電容元件，變壓器線圈、電壓/電流互感器線圈、消弧線圈等都屬于電感元件，而補償電容、高壓設(shè)備的雜散電容等屬于電容元件。此外，線路中不僅存在電阻，還存在電感和對地電容。由電路知識可知，在某一回路中，電感和電容滿足諧振條件時會發(fā)生諧振現(xiàn)象，導(dǎo)致阻抗減小，回路電流增大。在35 kV及以下中性點不接地電網(wǎng)中，有時會出現(xiàn)鐵磁諧振現(xiàn)象，導(dǎo)致電壓互感器熔斷器熔斷或接地保護誤動，嚴重時甚至導(dǎo)致PT燒毀。

2 鐵磁諧振現(xiàn)象的預(yù)防和消除措施

2.1 因系統(tǒng)單相接地故障引起的諧振

在10 kV中性點不接地電網(wǎng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，故障相電壓為零，非故障相電壓升高到線電壓，根據(jù)安全規(guī)程，在這種情況下可以保持電網(wǎng)繼續(xù)運行2 h。此時，由于電壓升高，非故障相的電壓互感器高壓側(cè)一次電感可能會出現(xiàn)鐵芯飽和或接近飽和的現(xiàn)象，導(dǎo)致電感值變小。由于線路每相均存在對地電容，對地電容與電壓互感器高壓側(cè)接地一次電感相當(dāng)于構(gòu)成了并聯(lián)回路，在電壓互感器電感值變小的情況下，這兩者極有可能滿足并聯(lián)諧振條件——容抗值域感抗值相等，形成并聯(lián)諧振，導(dǎo)致流過電壓互感器一次側(cè)的電流增大，從而導(dǎo)致高壓熔斷器熔斷或互感器燒毀。雖然在變電站新建投運時這種情況發(fā)生得不多，但隨著回路的增加和線路對地容抗的增大，這種情況則發(fā)生得較多。

2.2 操作過程中引起的諧振

在10 kV中性點不接地電網(wǎng)中，電壓互感器高壓側(cè)電感都是接地的，假定L為電壓互感器高壓側(cè)電感，C為各相對地電容，線路每相均存在對地電容，各相對地電容也是接地的，因此L與C構(gòu)成了并聯(lián)回路。在操作過程中，當(dāng)出現(xiàn)以下情況時，極有可能引發(fā)鐵磁諧振現(xiàn)象：①在三相合閘時，由于三相觸頭不同期，合閘最慢的一相相當(dāng)于在觸頭間串聯(lián)了一個電容，這時該相有可能與電壓互感器高壓側(cè)電感構(gòu)成串聯(lián)諧振，導(dǎo)致電流增大。但由于合閘時間相當(dāng)短，因此這個過程也很短暫，通常只是中央信號裝置的電鈴響一下，儀表擺動一下，隨著合閘的完成，此過程結(jié)束。②在合閘過程中出現(xiàn)操作過電壓。假定A相出現(xiàn)操作過電壓，由于其電壓過高，電壓互感器高壓側(cè)線圈鐵芯飽和，感抗減小，電壓互感器高壓側(cè)三相阻抗不對稱，導(dǎo)致電壓互感器中性點電壓偏移，引發(fā)鐵磁諧振現(xiàn)象。③誤操作時，如果帶負荷拉開隔離開關(guān)或配電變壓器的高壓跌落保險，導(dǎo)致隔離開關(guān)處產(chǎn)生電弧，引起線路短路，進而引發(fā)鐵磁諧振現(xiàn)象。④運行人員操作不規(guī)范，在合閘相線路充電操作時，未拉開電壓互感器高壓側(cè)開關(guān)，導(dǎo)致直接向空母線送電時出現(xiàn)電壓互感器諧振。我局多個變電站在施工驗收準(zhǔn)備送電時出現(xiàn)過此類現(xiàn)象。

根據(jù)鐵磁諧振現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，分析了我局變電站諧振現(xiàn)象的性質(zhì)。當(dāng)主變投入運行后，在母線充電的過程中，先將10 kV電壓互感器投入運行，隨后出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，這種情況屬于運行人員操作不規(guī)范引起的諧振。10 kV母線發(fā)生諧振后，電壓互感器發(fā)出強烈的噪聲，開口三角有零序電壓產(chǎn)生，三相相電壓表指示升高。此時迅速投入一條空載線路，改變諧振條件，故障即可消失。

我局在35 kV尚匡變電站技改驗收送電時出現(xiàn)過一次諧振現(xiàn)象。當(dāng)時，10 kV母線恢復(fù)送電后電壓正常，當(dāng)10 kV尚匡線送電時，電腦監(jiān)控屏報10 kV電壓互感器3U0出現(xiàn)零序電壓告警，A，C 相電壓指示降低，B相電壓指示升高但未超過線電壓，且這三相電壓來回波動，很不穩(wěn)定，判斷這種情況是因10 kV線路接地引起的。斷開10 kV尚匡線開關(guān)后，上述現(xiàn)象消失，但檢查線路時發(fā)現(xiàn)并不存在接地現(xiàn)象，重新送電后又出現(xiàn)此現(xiàn)象。這時檢查發(fā)現(xiàn)10 kV尚匡線送出后無用電負荷，驗收組重新分析討論原因。筆者提出尚匡線開關(guān)操作機構(gòu)前期曾更換過，上述現(xiàn)象可能與真空開關(guān)的調(diào)整情況和數(shù)據(jù)有關(guān)。經(jīng)過停電試驗發(fā)現(xiàn)尚匡線開關(guān)數(shù)據(jù)不合格、開關(guān)未合到位，造成接地假象。開關(guān)調(diào)整試驗合格后送電，一切恢復(fù)正常。

3 消諧實踐過程描述

分析了鐵磁諧振過電壓產(chǎn)生的原因后，結(jié)合實際運行經(jīng)驗，提出了以下消諧措施：①除了在電源側(cè)為了絕緣監(jiān)察必須將電壓互感器高壓側(cè)中性點接地外，其他電壓互感器高壓側(cè)中性點盡量不接地。這是因為網(wǎng)絡(luò)上中性點接地的電壓互感器相當(dāng)于并聯(lián)分布，臺數(shù)越多，總的勵磁特性曲線越容易達到飽和，也就越容易發(fā)生諧振。②采用勵磁特性好的電壓互感器。電壓互感器的勵磁特性越好，鐵芯越不容易飽和，諧振越不容易發(fā)生。③加強斷路器的檢修，減少三相非同期合閘的發(fā)生，從而降低諧振發(fā)生的概率。④在向空載母線充電時，為了防止發(fā)生鐵磁諧振，應(yīng)該先投入母線，再合上電壓互感器高壓側(cè)開關(guān)。⑤電壓互感器二次側(cè)開口三角繞組并聯(lián)小電阻或接消諧器可有效消除諧振，同時不影響正常的運行。但是，由于事故原因是多樣的，如果重復(fù)諧振或諧振持續(xù)時間較長，這種方法仍不能很好地消除諧振。⑥在電壓互感器高壓側(cè)中性點經(jīng)過電阻接地時，由于電感串聯(lián)了電阻，破壞了發(fā)生諧振的條件，有利于減少諧振的發(fā)生。在選取接地電阻時，并不是電阻越大越好。當(dāng)電阻無窮大時，雖然電壓互感器高壓側(cè)中性點相當(dāng)于不接地，不會產(chǎn)生諧振，但電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，電壓互感器開口三角的輸出電壓過低，影響接地保護的靈敏性。因此，目前電壓互感器一次側(cè)中性點大多采用非線性電阻，當(dāng)電網(wǎng)正常運行時該電阻呈現(xiàn)小電阻狀態(tài)，不影響互感器的絕緣監(jiān)察功能；當(dāng)滿足鐵磁諧振條件時，該電阻呈現(xiàn)大電阻狀態(tài)，可有效防止鐵磁諧振的發(fā)生。

參考文獻

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[2]王士禎.電網(wǎng)調(diào)度運行技術(shù)[M].沈陽：東北大學(xué)出版社，1997.

〔編輯：劉曉芳〕