抗諧振4PT的性能分析與二次接線改進(jìn)

楊紅靜顧建姝田曉越（. 東南大學(xué)成賢學(xué)院 . 華儀電氣股份公司）

抗諧振4PT的性能分析與二次接線改進(jìn)

楊紅靜1顧建姝2田曉越2
（1. 東南大學(xué)成賢學(xué)院 2. 華儀電氣股份公司）

摘 要：本文闡述了中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中電磁式電壓互感器引起鐵磁諧振過(guò)電壓的過(guò)程及危害，介紹了抗諧振電壓互感器的構(gòu)成、接線和工作原理。通過(guò)某變電站一次諧振事故，分析了抗諧振過(guò)電壓二次接線存在的問(wèn)題，并提出改進(jìn)方案，使諧振事故危害降到最低。

關(guān)鍵詞：諧振過(guò)電壓；4PT接線；接線方式

0　引言

電磁式電壓互感器引起的鐵磁諧振過(guò)電壓是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中最常見(jiàn)、造成事故最多的一種內(nèi)部過(guò)電壓，嚴(yán)重影響供電安全，必須予以重視。理論上抗諧振電壓互感器（4PT接線）抑制諧波能力比較可靠，被廣泛使用。但在運(yùn)行中，該類電壓互感器由于參數(shù)選擇、二次接線等問(wèn)題沒(méi)能處理得當(dāng)，仍會(huì)引起事故。以下從諧振過(guò)電壓產(chǎn)生原理、抗諧振過(guò)電壓性能等方面分析，并提出改進(jìn)方案，使抗諧振電壓互感器充分發(fā)揮消諧作用，消除安全運(yùn)行隱患。

1　電磁式電壓互感器飽和引起的諧振過(guò)電壓

在35kV及以下電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，為了監(jiān)測(cè)三相對(duì)地電壓，在變電站母線上常接有YN接線的電磁式電壓互感器，其繞組中性點(diǎn)直接接地，將輔二次繞組接成開口三角形進(jìn)行絕緣監(jiān)測(cè)。

圖1為帶有YN接線電壓互感器原理接線圖，在正常運(yùn)行時(shí)電壓互感器勵(lì)磁電抗很大，網(wǎng)絡(luò)對(duì)地阻抗呈兼容性，三相基本平衡，電力系統(tǒng)中性點(diǎn)N的位移電壓很小，一般不會(huì)大于0.15EA。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)某些操作（如電壓互感器突然合閘，合空載母線或線路瞬間單相接地等）時(shí)，在某一相或兩相繞組中出現(xiàn)巨大的涌流，使電壓互感器各相電感出現(xiàn)不同程度的飽和，互感器的一或兩相電壓升高，就可能使電力系統(tǒng)出現(xiàn)較高的中性點(diǎn)位移電壓，可能激發(fā)諧振過(guò)電壓，危及絕緣，引起電壓互感器噴油冒煙、高壓熔斷器熔斷等異常現(xiàn)象。中性點(diǎn)位移時(shí)的三相電壓向量圖（如圖2）所示，這與系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地（如A相接地）的情況是相似的，而實(shí)際并不一定是單相接地故障，使得開口三角形輸出很高零序電壓，引起接地指示誤動(dòng)作，影響計(jì)量及保護(hù)設(shè)備的正確動(dòng)作。

圖1　帶有YN接線電壓互感器的原理接線圖

圖2　中性點(diǎn)位移時(shí)的三相電壓向量圖

2　抗諧振4PT接線工作原理

為限制和消除這種鐵磁諧振過(guò)電壓，采用在PT高壓中性點(diǎn)串接單相零序電壓互感器（簡(jiǎn)稱“抗諧振4PT接線”）的方法得到廣泛的推廣，效果很好。圖3為抗諧振式電壓互感器接線圖。它是由三個(gè)單相電壓互感器和一個(gè)零序電壓互感器組成，互感器之間通過(guò)同一鐵心夾件將四個(gè)互感器固定成一體。三個(gè)單相電壓互感器一次繞組接成星形，中性點(diǎn)通過(guò)零序電壓互感器的一次繞組接地，且零序電壓互感器阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通三個(gè)單相PT阻抗；三個(gè)單相電壓互感器主二次繞組接成星形通過(guò)零序電壓互感器主二次繞組接地，用來(lái)測(cè)量相電壓，輔二次繞組接成閉合三角形，用來(lái)消除互感器中三次或其整數(shù)倍諧波，零序電壓互感器可以測(cè)量系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)出現(xiàn)的零序電壓，進(jìn)行絕緣監(jiān)測(cè)。

圖3　4PT接線圖

在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)4PT的零序電壓互感器一次繞組不承受任何電壓；開口三角形中無(wú)電流通過(guò)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生金屬性單相接地故障時(shí)，因零序電壓互感器阻抗很大，所以零序電壓幾乎全部加在4PT上，這樣4PT的二次側(cè)反應(yīng)了一次側(cè)零序電壓的大小，引起零序電壓保護(hù)動(dòng)作，發(fā)出接地故障信號(hào)。開口三角形二次側(cè)無(wú)電流通過(guò)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生諧振時(shí)，改零序互感器一次繞組感抗補(bǔ)償系統(tǒng)容抗，使諧振不易發(fā)生；同時(shí)，它的固有電阻在系統(tǒng)發(fā)生諧振時(shí)，或者在電容放電過(guò)程中，能夠減小流過(guò)互感器一次繞組的電流起到保護(hù)互感器的作用。閉合三角形回路會(huì)給三次諧波提供通路，可以消除具有零序電流性質(zhì)的三次諧波。

3　抗諧振4PT二次接線方式的改進(jìn)

經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，抗諧振4PT接線在防止諧振方面取得了顯著效果，但在實(shí)際運(yùn)行中，電網(wǎng)中的PT燒毀、PT熔斷器頻繁熔斷等現(xiàn)象仍然經(jīng)常發(fā)生。表明在4PT接線方式中，PT在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)選擇或接線方式上仍然存在著一些不可忽視的問(wèn)題。如某變電站電網(wǎng)采用單母線分段運(yùn)行方式，每段母線均有母線PT柜，且采用4PT接線。當(dāng)時(shí)1#10kV電壓互感器組4只電壓互感器組燒毀，從計(jì)算機(jī)后臺(tái)記錄查到，該系統(tǒng)中PT燒毀之前，曾發(fā)生B相單相接地故障，并有接地告警信號(hào)，該段B相電壓快速下降。隨后一段時(shí)間Ⅰ段電壓互感器柜的PT冒煙燒毀，退出運(yùn)行，隨之又將Ⅱ段PT投入，10幾分鐘后Ⅱ段PT又燒毀。

3.1 原因分析

故障前，三相系統(tǒng)對(duì)稱，開口三角形和零序電壓互感器二次側(cè)輸出電壓為數(shù)值很小的不平衡電壓，中性點(diǎn)電壓很小，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生B相單相接地故障時(shí)，故障相對(duì)地電壓為零，非故障相電壓升高為線電壓，接地相、非接地相要通過(guò)充、放電，建立一種單相接地狀態(tài)的平衡。當(dāng)工頻電流過(guò)零時(shí)電弧熄滅，三相又要通過(guò)充放電重新建立新的對(duì)地電容電流。間歇性單相接地故障，使這種不對(duì)稱的充放電過(guò)程反復(fù)發(fā)生。三相不對(duì)稱的充放電脈沖電流有可能誘發(fā)鐵磁諧振。鐵磁諧振頻率有高低，其頻率可以是工頻的整數(shù)倍，即高頻振蕩，也可能是工頻的分?jǐn)?shù)倍，為1/2或1/3分頻，甚至更低，即低頻振蕩。頻率的高低，主要取決于回路的電氣參數(shù)。4PT接線因?yàn)殚_口三角短接和一次回路中性點(diǎn)通過(guò)高阻抗的壓變接地，抑制高頻鐵磁諧振能力較強(qiáng)，特別是對(duì)3的整數(shù)倍的諧振抑制，有著極佳的能力。但是抑制系統(tǒng)低頻鐵磁振蕩的能力，比較有限。強(qiáng)烈的低頻振蕩，開口三角形中產(chǎn)生很高電動(dòng)勢(shì)，因?yàn)榛芈烽]合，出現(xiàn)較大短路電流，致使PT發(fā)熱，絕緣受到破壞而燒毀。

3.2 解決措施

1）輔二次繞組的開口三角回路與零序PT的一個(gè)測(cè)量繞組按正極性串聯(lián)后接電壓繼電器，也可以在開口三角回路通過(guò)阻尼線圈形成閉合回路，如圖4所示。

圖4　改造后4PT接線圖

2）在參數(shù)選取上滿足零序電壓互感器阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通三個(gè)單相PT阻抗，并提高零序電壓互感器的絕緣強(qiáng)度。

3）提高10kV線路的絕緣水平，防止單相接地故障的發(fā)生，特別要防止間歇性單相接地故障的發(fā)生。樹木的枝條碰及導(dǎo)線是發(fā)生間歇性單相接地故障的最常見(jiàn)故障，必須清除線路走廊內(nèi)的樹木，或?qū)⒙銓?dǎo)線更換成絕緣導(dǎo)線。

4　結(jié)束語(yǔ)

以上的改進(jìn)措施通過(guò)了重慶供電局、華儀電氣股份有限公司、大連第一互感器有限公司三方驗(yàn)證，并且解決了各變電站中多年出現(xiàn)的PT燒毀事故，使其故障率降到最低。電壓互感器在成套開關(guān)設(shè)備中起到舉足輕重的作用，也是故障率最高的元器件，通過(guò)以上的改進(jìn)，既能滿足于抗諧振的需要，同時(shí)也增加了運(yùn)行的可靠性，在變電站實(shí)際運(yùn)過(guò)程中效果非常好。

收稿日期：（2015-04-27）