變電站6kV系統(tǒng)鐵磁諧振分析

張春華

（中原油田石化總廠 457000）

變電站6kV系統(tǒng)鐵磁諧振分析

張春華

（中原油田石化總廠 457000）

中原油田石化總廠變電站在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生鐵磁諧振，往往會(huì)造成嚴(yán)重后果，輕則引起PT保險(xiǎn)熔斷，重則發(fā)生PT燒毀、絕緣閃絡(luò)、避雷器爆炸等事故。我們通過(guò)測(cè)試中原油田石化總廠變電站6kV系統(tǒng)的電容電流及電壓互感器伏安特性，計(jì)算其基頻容抗與感抗的比值，阻抗比落在1/2分頻諧振區(qū)域，分析出電壓互感器高壓保險(xiǎn)熔斷的原因?yàn)橄到y(tǒng)發(fā)生了鐵磁諧振，提出了消弧線圈投入運(yùn)行及更換不易飽和電壓互感器等改進(jìn)措施。達(dá)到了變電站PT平穩(wěn)運(yùn)行的結(jié)果，確保了全廠供電的安全性和可靠性。

6kV系統(tǒng)；鐵磁諧振；分析

前言

電力系統(tǒng)中經(jīng)常發(fā)生鐵磁諧振過(guò)電壓，諧振是一種穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，電網(wǎng)中的電感、電容元件在系統(tǒng)進(jìn)行操作或發(fā)生故障時(shí)可形成各種振蕩回路，在一定的能源作用下，會(huì)產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)某些元件出現(xiàn)嚴(yán)重的過(guò)電壓而且諧振過(guò)電壓還可能在過(guò)渡過(guò)程結(jié)束以后較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定存在，直到發(fā)生新的操作、諧振條件受到破壞為止。諧振過(guò)電壓的持續(xù)時(shí)間要比操作過(guò)電壓長(zhǎng)得多，這種過(guò)電壓一旦發(fā)生，往往會(huì)造成嚴(yán)重后果，輕則引起PT保險(xiǎn)熔斷，重則發(fā)生PT燒毀、絕緣閃絡(luò)、避雷器爆炸等事故。中原油田石化總廠變電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，諧振過(guò)電壓可以在各種電壓等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生，尤其是在35kV及以下的電網(wǎng)中，由諧振造成的事故較多，已成為中原油田石化總廠變電站急需解決的問(wèn)題。

1 鐵磁諧振產(chǎn)生的原因

（1）在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，為了監(jiān)視三相對(duì)地電壓，變電站母線上常接有Y0接線的電磁式電壓互感器。于是網(wǎng)絡(luò)對(duì)地參數(shù)除了電力設(shè)備和導(dǎo)線的對(duì)地電容C0外，還有電壓互感器的勵(lì)磁電感L。常運(yùn)行時(shí)，電壓互感器的勵(lì)磁阻抗是很大的，所以網(wǎng)絡(luò)對(duì)地阻抗仍呈容性，三相基本平衡，電網(wǎng)中性點(diǎn)0的位移電壓甚小。但當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)某些擾動(dòng)，使電壓互感器三相電感飽和程度不同時(shí)，電網(wǎng)中性點(diǎn)就有較高的位移電壓，可能激發(fā)起諧振過(guò)電壓。

（2）常見的使電壓互感器產(chǎn)生嚴(yán)重飽和的情況有：電壓互感器的突然合閘，使其某一相或兩相繞組內(nèi)產(chǎn)生巨大的涌流；由于雷擊或其他原因，線路瞬間單相弧光接地，使健全相電壓突然升高至線電壓，而故障相在接地消失時(shí)又可能有電壓的突然上升，這些暫態(tài)過(guò)程中也會(huì)有很大的涌流；傳遞過(guò)電壓，如高壓繞組側(cè)發(fā)生單相接地或不同期合閘，低壓側(cè)有傳遞過(guò)電壓使電壓互感器鐵芯飽和等等。

2 中原油田石化總廠變電站鐵磁諧振故障及分析

中原油田石化總廠變電所主要擔(dān)負(fù)著石化總廠廠煉化生產(chǎn)的供電任務(wù)，年供電量近7萬(wàn)kW·h。該站共有2條35kV進(jìn)線，為雙母線進(jìn)線方式，站內(nèi)兩臺(tái)主變壓器容量均為12500kVA，35kV斷路器共有5組，6kV高壓開關(guān)柜30面，電纜出線30條。

（1）該站接有母線對(duì)地電容器和消諧器，但還是經(jīng)常發(fā)生鐵磁諧振現(xiàn)象，每年更換150余只PT保險(xiǎn)。僅2013年4月17日至5月8日的21天時(shí)間里，該站就先后出現(xiàn)一個(gè)晚上更換30余只PT保險(xiǎn)的情況，共造成52只熔斷器熔斷、6只6kV PT過(guò)熱燒壞故障，消諧器多次報(bào)1/2、1/3分頻諧振信號(hào)。

（2）電壓互感器伏安特性測(cè)試。2010年5月20日測(cè)試了該變電站6kV系統(tǒng)PT伏安特性，具體情況如下。由U1=U2×K，I1=I2/K（PT變比K=60），將二次電壓、電流折算至高壓側(cè)，可得PT感抗。兩段6只PT并聯(lián)后感抗約為：XL總＝15.2316kΩ。

（3）分析PT伏安特性曲線可知：在額定電壓時(shí)（57.7V），變電站6kV系統(tǒng)Ⅰ、Ⅱ段PT運(yùn)行在伏安特性曲線的線性段；大于額定電壓后（57.7～70V），PT工作在伏安特性曲線的膝部，當(dāng)系統(tǒng)單相接地時(shí)，其非接地相的相電壓升高，此時(shí)PT即進(jìn)入飽和狀態(tài)，使互感器進(jìn)入飽和區(qū)工作，電流劇增，從而造成互感器一次保險(xiǎn)熔斷。

（4）零序容抗與感抗的比值為：XC0/XL=728Ω/15.2316kΩ=0.0478

根據(jù)肖特（H.S.Shott）和彼德生（H.A.Peterson）對(duì)典型互感器勵(lì)磁特性研究可知：當(dāng)XC/XL=0.01～0.08時(shí)，阻抗比剛好落在1/2分頻諧振區(qū)域，電壓互感器回路可能會(huì)發(fā)生1/2分頻諧振。由此可見，導(dǎo)致石化總廠變電站6kV PT高壓保險(xiǎn)頻繁熔斷、PT過(guò)熱燒壞的原因?yàn)椋弘娋W(wǎng)單相接地時(shí)，引起弧光過(guò)電壓使電壓互感器鐵芯飽和，1/2分頻時(shí)6kV系統(tǒng)電壓互感器與線路對(duì)地電容回路發(fā)生了鐵磁諧振。

3 變電站鐵磁諧振過(guò)電壓的防治與消除措施

防止和消除6～35kV電網(wǎng)鐵磁諧振的措施一般可歸納為兩大類：①改變參數(shù)，破壞產(chǎn)生諧振的條件；②接入阻尼電阻，增大回路的阻尼效應(yīng)。電壓互感器引起鐵磁諧振的區(qū)域是阻抗比XC0/XL的函數(shù)，為了躲開諧振區(qū)域，可以改變XC0或XL，常用方法如下：

（1）改變參數(shù)躲開諧振區(qū)

改變XC0。XL不變時(shí)，減小或增大XC0，都可以達(dá)到改變XC0/XL的目的。如在變電站的母線上增加出線數(shù)，或在母線上加裝集中電容器。

（2）改變 XL。當(dāng) XC0不變時(shí)，增大 XL，使 XC0/XL＜0.01，避免諧振的發(fā)生。增大XL的方法有：選用勵(lì)磁特性好的電壓互感器，使其工作點(diǎn)在伏安特性的線性部分。減少電壓互感器的并聯(lián)臺(tái)數(shù)或高壓側(cè)一次中性點(diǎn)的接地臺(tái)數(shù)。投入消弧線圈，幫助瞬間接地電弧的熄滅，從而有效防止單相弧光接地引起的過(guò)電壓，避免電壓互感器鐵芯飽和。在裝設(shè)消弧線圈后，鐵磁諧振顯著減少，運(yùn)行效果較好。

（3）增大回路的阻尼效應(yīng)。在電壓互感器二次繞組開口三角端子接入阻尼電阻。電壓互感器二次側(cè)開口三角處繞組兩端沒(méi)有電壓?；蛑挥袠O小的不對(duì)稱電壓。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，由于此電阻阻值較小，故繞組兩端近似短接，起到了改變電壓互感器參數(shù)的作用。這一措施能防止電壓互感器發(fā)生磁飽和，還可以有效地消耗諧振的能量，從而達(dá)到避免諧振過(guò)電壓。

（4）在互感器高壓繞組中性點(diǎn)串接電阻。電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)與對(duì)地之間接入阻尼電阻。阻尼電阻是根據(jù)電阻在電路中的作用命名，是防止回路等幅震蕩，在線路中串聯(lián)電阻來(lái)消耗一部分能引起震蕩的能量。低壓下它呈現(xiàn)高電阻值，通過(guò)電阻限流作用，會(huì)對(duì)諧振初期有抑制，單相接地時(shí)，阻尼電阻上呈現(xiàn)千余伏電壓，它的非線性電阻下降，使其不影響接地保護(hù)的工作，也同時(shí)起到吸收諧振的作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，經(jīng)過(guò)兩年多的運(yùn)行，變電站6kV PT高壓保險(xiǎn)無(wú)一次燒毀現(xiàn)象發(fā)生，從而使變電站PT運(yùn)行狀態(tài)更加平穩(wěn)，確保了全廠供電的安全性和可靠性。實(shí)踐證明，上述兩種方法相結(jié)合使用時(shí)，應(yīng)用較好。

TM864

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1004-7344（2016）13-0065-01

2016-4-15