220千伏空母線鐵磁諧振過電壓事故淺析

摘 要：鐵磁諧振過電壓是一種常見的內(nèi)部過電壓，多發(fā)生在中性點不直接接地的配電網(wǎng)中。本文系統(tǒng)的分析了鐵磁諧振過電壓的產(chǎn)生機理，并指出了實際中應(yīng)注意的問題。

關(guān)鍵詞：過電壓；鐵磁諧振

1 概述

鐵嶺發(fā)電廠220kV變電所安裝的斷路器均為LW—220H型六氟化硫斷路器，每臺斷路器有兩個斷口，為提高其開斷能力每個斷口均有一支2500PF的均壓電容器與其并聯(lián)。所安裝的母線電壓互感器為JCC5—220串級電磁式電壓互感器。每臺電壓互感器外側(cè)并聯(lián)一臺防止過電壓性能較好的Y10W—220型氧化鋅避雷器。

在一次操作中，當(dāng)由220kV鐵調(diào)線向220kV I段母線充電時，曾發(fā)生一起斷路器均壓電容與母線電磁式電壓互感器所引起的鐵磁諧振過電壓事故?，F(xiàn)將事故的經(jīng)過、現(xiàn)象、原因分析及有關(guān)抑制鐵磁諧振的措施簡述如下。

2 事故經(jīng)過及其現(xiàn)象

此次操作，準(zhǔn)備由調(diào)兵山一次變經(jīng)鐵調(diào)線220kV線路向鐵嶺電廠220kV I段母（空母線）充電。操作過程中，先將220將kV I母線PT一次刀閘合上。17時25分，將鐵調(diào)線線路側(cè)隔離刀閘合上。17時30分，在將鐵調(diào)線I母線側(cè)隔離刀閘合上瞬間（當(dāng)時斷路器在開位），母線電壓表指示滿刻度（330kV），變電所出現(xiàn)強烈的弧光，并伴有異常響聲，待充電的I母線（管形鋁母線）發(fā)生較大幅度較長時間的抖動。

17時33分，將鐵調(diào)線母線側(cè)刀閘拉開，母線電壓指示回零，異音消失，母線抖動減弱。17時35分，到現(xiàn)場檢查設(shè)備，發(fā)現(xiàn)I母A相PT頂部有微弱滲油現(xiàn)象。次日對斷路器、CT、I母PT進(jìn)行了高壓試驗，所試項目均合格，有色譜分析結(jié)果各氣體組分亦均合格。

3 事故原因分析

根據(jù)上述操作程序及異?，F(xiàn)象，可以確認(rèn)本次事故屬一起鐵磁諧振過電壓事故。更確切地說這是一起由斷路器斷口均壓電容器抗與I母線上的電磁電壓互感器一次繞組非線性激磁感抗的不利組合而產(chǎn)生的鐵磁諧振過電壓。

本次鐵磁諧振過電壓的產(chǎn)生是由于當(dāng)合上鐵調(diào)線線路側(cè)和母線側(cè)刀閘后，帶電的鐵調(diào)線通過合位刀閘將220kVI段母線對地電容、母線PT一次繞組電感與待合處于熱備用狀態(tài)的斷路器均壓電容、鐵調(diào)線對地電容均接入系統(tǒng)構(gòu)成電氣回路。一旦其回路中的容抗和感抗匹配（不利組合），即便引起了鐵磁諧振。

鐵磁諧振一旦發(fā)生，便產(chǎn)生比較高的過電壓，勵磁電流也很大，有關(guān)資料介紹220kV的電磁電壓互感在發(fā)生鐵磁諧振時，其勵磁電流最大可以達(dá)額定空載電流的70多倍。如此巨大的過電流在較短時間內(nèi)就可以使互感器損壞。

由于三相電磁式電壓互感器的勵磁特性分散較大，在發(fā)生諧振時，互感器二次側(cè)三相電壓大小不同。因此，過電流大小及其后果也不相同。同時，互感器開口三角也反映有相當(dāng)高的電壓。鐵嶺廠發(fā)生的該次鐵磁諧振，設(shè)備之所以沒有遭到損壞，一是本次諧振消除得及時持續(xù)時間短，二是保護(hù)性能較好的Y10W—220氧化鋅避雷器發(fā)揮了良好的作用。

上述所發(fā)生的諧振是斷路器開斷狀態(tài)接受充電時發(fā)生的。反之，若上述系統(tǒng)已帶電，準(zhǔn)備停電時，在斷開已合的斷路器時，也有可能發(fā)生類似的諧振過電壓，所以也必須引起高度的重視。

4 諧振一旦發(fā)生所采用的應(yīng)急措施

凡是沒有采用任何抑制諧振措施的系統(tǒng)，在操作過程中一旦發(fā)生鐵磁諧振，必須采取應(yīng)急措施，以便在短時間內(nèi)有效地消除，確保系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全。因此，首先應(yīng)能正確地判斷所發(fā)生的異?，F(xiàn)象是否為鐵磁諧振。為此，在投切母線（特別是空母線）操作過程中，必須監(jiān)視母線三相電壓，這種電壓有可能在一相、二相或三相中發(fā)生，各相的過電壓幅值也不盡相同，所以必須同時監(jiān)視三相電壓是否出現(xiàn)異常升高的現(xiàn)象。

一旦確認(rèn)發(fā)生的異常為諧振，此時必須嚴(yán)禁合電源斷路器向母線充電。否則會造成嚴(yán)重的不良后果。輕則會使雖然諧振的威脅而沒有損壞的設(shè)備遭到損壞。重則會使已因經(jīng)諧振有可能受損的互感器的損壞程度擴大，以至造成互感器爆炸。

一旦系統(tǒng)發(fā)生諧振，并得以確認(rèn)，必須及時采取有效的應(yīng)急措施，破壞其諧振條件，使諧振予以消除?？晒┎捎玫挠行?yīng)急措施如下：

①向已諧振的系統(tǒng)投入空載變壓器或空載長線路；

②拉開處于諧振系統(tǒng)之?dāng)嗦菲鲀蓚?cè)的隔離刀閘（采用遠(yuǎn)方操作）。

5 抑制鐵磁諧振過電壓的技術(shù)措施

目前，在電力系統(tǒng)中已被采用的有效措施大致有下述幾種。

①對新建的或擴建的變電所，宜采用電容式電壓互感器，有經(jīng)濟(jì)條件的可將原電磁式電壓互感器更換為電容式電壓互感器。

②對采用電磁式電壓互感器的，應(yīng)選用伏安特性（即飽合特性）較好，且三相近于相同的。

③對于系統(tǒng)原有的電磁式電壓互感器，必須持定期檢測其伏安特性和感應(yīng)耐壓試驗，對于特性差的和試驗結(jié)果不好的及時予以更換特性好的產(chǎn)品。

④對于可能造成處于熱備用狀態(tài)的斷路器和帶電磁電壓互感器的空母線串聯(lián)工況的（即感抗和容抗匹配的工況），應(yīng)采取合理的操作程序，即采用帶電投切電壓互感器的方式，避免形成諧振回路。

⑤在電壓互感器二次側(cè)開口三角處加裝非線性電阻，如消諧燈，高瓦數(shù)白熾燈，對諧振加以阻尼。

⑥在電磁電壓互感器二次測或一次側(cè)串聯(lián)或并接阻尼電阻，使其在正常運行時推出運行，只有操作時才投入，以免增大系統(tǒng)有功損耗。

⑦設(shè)法增大母線對地電容量。如采用投空變，投空線路或加裝移相電容。

⑧安裝微機型自動消諧裝置，實現(xiàn)自動消諧。

參考文獻(xiàn)：

[1]要煥年，曹梅月.電力系統(tǒng)諧振接地[M].中國電力出版社.

作者簡介：

趙蒙，電氣工程師，長期從事發(fā)電廠運行及管理工作。