電網(wǎng)發(fā)生間歇性單相接地時電壓互感器內(nèi)部暫態(tài)過程分析

張書華 宋愛霞 艾傳敏 國網(wǎng)山東省電力公司寧津縣供電公司

電網(wǎng)發(fā)生間歇性單相接地時電壓互感器內(nèi)部暫態(tài)過程分析

張書華 宋愛霞 艾傳敏 國網(wǎng)山東省電力公司寧津縣供電公司

本文介紹電網(wǎng)中單相接地和電壓互感器的概念，并進(jìn)一步分析電網(wǎng)發(fā)生間歇性單相接地時電壓互感器內(nèi)部暫態(tài)過程。

間歇性單相接地；電壓互感器；暫態(tài)過程

前言

若電網(wǎng)在正常的運行過程中出現(xiàn)間歇性的接地現(xiàn)象，則會導(dǎo)致電網(wǎng)中的電壓互感器的內(nèi)部電壓出現(xiàn)突然變化，這種急劇變化會導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)一定的反應(yīng)。利用電壓信號對整個電路進(jìn)行相應(yīng)的分析和檢測后發(fā)現(xiàn)，整個電路系統(tǒng)出現(xiàn)相應(yīng)的調(diào)整。[1]同時，在電力系統(tǒng)的日常運行狀態(tài)下，出現(xiàn)單相接地的頻率相對較高，若不能針對接地的現(xiàn)象采取相應(yīng)措施并及時跳閘處理接地線路，電網(wǎng)運行維護(hù)人員可以利用隔離裝置來對發(fā)生故障的位置進(jìn)行搶救性的處理，最終為電路的維護(hù)爭取及時有效的時間，保證電路系統(tǒng)的正常運行。

1.電壓互感器的介紹

作為一種電網(wǎng)中的常見設(shè)備，電壓互感器在電路中起著鏈接一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)的作用。若在線路中施加一定的電壓值，則線路中的電壓互感器中的鐵芯會發(fā)生一定的變化，并產(chǎn)生磁場。可以根據(jù)電壓互感器中的電磁場的感性情況來分析產(chǎn)生的二次電壓。若改變二次電壓的大小或者其線路中的線圈匝數(shù)，則會導(dǎo)致其產(chǎn)生不同的電磁電壓，最終形成相對應(yīng)的不同電壓值。根據(jù)電壓互感器中的電壓比例可以其分為光電式電壓互感器、電子式電壓互感器、測量儀表類的電壓互感器幾種電壓互感器的類型。當(dāng)電壓互感器進(jìn)入運行狀態(tài)時，電壓互感器中的恒定空載狀態(tài)會導(dǎo)致電壓互感器中的阻抗值維持在比較低的水平。電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地現(xiàn)象時，接地現(xiàn)象比較穩(wěn)定，整個電網(wǎng)系統(tǒng)中的相應(yīng)設(shè)備出現(xiàn)較為穩(wěn)定的電壓值，此時，沒有接地的三相電壓會升高。若單相接地時，電壓互感器和電網(wǎng)之間會相互串聯(lián)，最終導(dǎo)致電力系統(tǒng)的破壞程度加大。根據(jù)電壓互感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，電壓互感器內(nèi)部的鐵芯是一種不能感應(yīng)元件，所以，電網(wǎng)比地面具有更大的電容量，這會導(dǎo)致電網(wǎng)中的線路電壓急劇上升，最終線路電壓過大，電壓互感器中的保險絲出現(xiàn)熔斷，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致變電站出現(xiàn)大規(guī)模停電現(xiàn)象。

2.電壓互感器的電流原理分析

如下圖所示，利用該圖來進(jìn)行暫穩(wěn)態(tài)的分析，通過該分析來查詢電壓互感器的內(nèi)部故障情況。圖中顯示的是三種不同電壓變壓器的電路圖，該圖中的電路中包含三個電源電勢，被簡稱為電源電勢。LA，LB，LC表示的是電壓狀態(tài)下的不同電容量值，0點表示的是位于中性點電壓位置的電容值，相對應(yīng)的是電壓互感器中的電感和電壓。其中02表示的是接地狀態(tài)，而01是在電容接地時，起到橋梁的作用。實際中，在不同電壓的線路里，電網(wǎng)系統(tǒng)中的絕緣層和電壓較高位置要低，這在較低電壓的線路中表現(xiàn)尤為明顯。所以，在單相線路發(fā)生接地時，系統(tǒng)溫度很容易升高，并發(fā)生系統(tǒng)故障。經(jīng)過大量的實踐證明，電壓互感器在電網(wǎng)單相接地時，發(fā)生故障的概率比較高，所以，分析接地暫態(tài)過程中的電流具有很大的重要性。

圖1 暫穩(wěn)態(tài)分析電路圖

圖2 電壓互感器中的實驗電壓和電流的變化關(guān)系

3.實驗室內(nèi)測試電壓互感器的勵磁特性和涌流

可以在實驗室內(nèi)測試電壓互感器的勵磁特性，利用實驗室的輸配電設(shè)備輔助實驗進(jìn)行，同時在該實驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行涌流實驗。實驗中發(fā)現(xiàn)，電流和電壓成正比例管理，當(dāng)電壓增加時電流也會逐漸增加，但是電流的增加并沒有呈現(xiàn)出較為明顯的線性現(xiàn)象。當(dāng)實驗中的電壓值增加到111V，電流的增長速度與之間的電流增加速度相互比較會發(fā)生明顯的變化。根據(jù)實驗中的勵磁涌流及實驗中所建立的并聯(lián)模型可以分析出暫穩(wěn)態(tài)的過程。電壓狀態(tài)不同，電壓互感器中的涌流數(shù)據(jù)也互不相同。圖2所表示的是電壓和電流的對應(yīng)關(guān)系，圖中所表示的電壓和電流的涌流數(shù)值分別是240V和190A。該實驗中的電壓互感器的電壓值在飽和電壓值時，勵磁涌流的數(shù)據(jù)指數(shù)會逐漸變大，在對電網(wǎng)發(fā)生間歇性單相接地電壓互感器內(nèi)部的故障研究時，需要采用暫穩(wěn)態(tài)的分析辦法來進(jìn)行分析。

根據(jù)某變電站中的設(shè)備為例，當(dāng)把變電站中的兩條母線相互并聯(lián)連接時，高壓導(dǎo)線會由于線路中的溫度過高而溫度逐漸升高，溫度升高會引起電壓互感器中的保險絲出現(xiàn)熔斷。電壓互感器在保險絲出現(xiàn)熔斷后，其電壓檢測儀器上會出現(xiàn)異常的數(shù)值，電壓互感器會自動開啟記錄數(shù)據(jù)的功能，并同時檢測電壓的變化關(guān)系。不同的錄波曲線中會對應(yīng)不同的電壓數(shù)據(jù)一起線路中的三相開口電流值。若第一段中電壓在下一個周期的轉(zhuǎn)變過程中變成零值，同時伴隨其他兩相電壓數(shù)值異常，則可以判定為第一相電壓出現(xiàn)接地。而此時電壓和電流的不穩(wěn)定情況會導(dǎo)致整個電路中出現(xiàn)電阻異常的故障。對線路進(jìn)行暫穩(wěn)態(tài)的分析可以發(fā)現(xiàn)，一相電壓接地之前的電壓值是其他兩相的1/5，電壓峰值在330V，隨即產(chǎn)生了保護(hù)的勵磁涌流。勵磁涌流的現(xiàn)象會導(dǎo)致電流值超過正常值的范圍，并導(dǎo)致高壓互感器以及熔斷器出現(xiàn)故障。所以，若單相接地電壓不連續(xù)時，電壓的反復(fù)變化以及電壓的沖擊性可以導(dǎo)致電壓互感器中的鐵芯處于飽和狀態(tài)并難以逆轉(zhuǎn)。若一相電壓出現(xiàn)變化，其他的兩相電壓會熔斷。[2]此外，若電網(wǎng)中的單相電壓發(fā)生接地的故障，電網(wǎng)中沒有發(fā)生故障的線路上所分布的電壓值與發(fā)生故障的電壓線路相比較，其電壓數(shù)值會變大，最終導(dǎo)致電網(wǎng)中發(fā)生故障的線路內(nèi)部的電壓互感器的保險絲在大電流的流通下，保險絲由于溫度過高最終出現(xiàn)涌流效應(yīng)。

4.結(jié)語

綜上所述，電網(wǎng)中的電壓互感器一旦發(fā)生損壞，會導(dǎo)致電網(wǎng)中的電壓和電流出現(xiàn)異常情況，所以需要通過電網(wǎng)線路中的線路并聯(lián)模型進(jìn)行電容和電感的暫穩(wěn)太分析，最終確定電網(wǎng)中出現(xiàn)間歇性單相接地，線路中的電壓互感器發(fā)生電路故障的機(jī)理。分析時需要利用電壓互感器中的鐵芯所出現(xiàn)的磁場效應(yīng)使得線路中的電壓、電流出現(xiàn)最大值。電壓和電流值變大會導(dǎo)致線路中的熱量升高最終線路熔斷。若單相線路不接地，線路中性點的變化會處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，互感器內(nèi)部電壓的頻率變化，線路中暫歇電流會導(dǎo)致線路中的零部件過熱而出現(xiàn)零部件故障。

[1]林莉,何月,王軍兵,張向伍,郭文宇,中性點不接地電網(wǎng)單相接地時電壓互感器損壞機(jī)理 [J]. 高電壓技術(shù) ,2013,05:1114-1120.