10kV不接地系統(tǒng)產(chǎn)生諧振的原因及措施

李毅濤

【摘 要】 10kV配網(wǎng)系統(tǒng)，是采用中性點不接地系統(tǒng)和小電阻接地系統(tǒng)的運行方式，不接地系統(tǒng)的線路發(fā)生單相接地或單相接地消失的瞬間，經(jīng)常造成電壓互感器一次側(cè)熔斷器熔斷，容易誤判為電壓互感器故障或是變電所內(nèi)母線系統(tǒng)發(fā)生接地故障，但是其是由于電壓互感器的鐵磁諧振造成。就10kV不接地系統(tǒng)產(chǎn)生諧振的原因及措施進行了分析，尋求并探索解決這個問題的方法。

【關(guān)鍵詞】 不接地系統(tǒng) 諧振 飽和 消諧

1 電壓互感器引發(fā)鐵磁諧振的原因

在10kV中性點不接地的配電系統(tǒng)中，由于配電網(wǎng)的不斷發(fā)展使線路參數(shù)發(fā)生變化，較常出現(xiàn)運行中電壓互感器燒損、高壓熔絲一相或兩相熔斷等異常故障。其重要原因是：電壓互感器勵磁電感和配電系統(tǒng)對地電容形成匹配，并在一定條件的激勵下，使電壓互感器產(chǎn)生磁飽和，引發(fā)鐵磁諧振。其諧振過電壓的幅值可達相電壓的2～35倍，可致使電壓互感器燒損或高壓熔絲熔斷。為此，通過對電壓互感器產(chǎn)生鐵磁諧振原因的分析，以采取消諧措施。

10kV配電系統(tǒng)采用中性點不接地方式運行，其線路出線（尤其是電纜出線）對地存在分布電容。當系統(tǒng)運行正常時，各相電壓互感器的感抗相等，中性點電壓等于零。當線路因斷線、雷擊或其他原因而產(chǎn)生單相接地故障時，接地相對地電壓降到接近于零，而非故障相對地電壓上升√3倍，導(dǎo)致中性點位移，中性點對地電壓升高，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和對稱性遭到破壞。在發(fā)生單相接地故障時，其接地點電阻較大且接觸不良，因而在接地點出現(xiàn)瞬燃瞬熄的電弧放電，從而造成電壓瞬高瞬降，而引發(fā)電能、磁能的振落。電壓互感器在電磁振蕩的激勵下極易產(chǎn)生磁飽和，暫態(tài)勵磁電流急劇增大，電感值下降，從而引發(fā)鐵磁諧振。

同時，由于各相感抗發(fā)生變化，各相電感值不相同，中性線產(chǎn)生零序電壓，使電壓互感器出現(xiàn)零序電流，與對地電容構(gòu)成回路。當感抗大于容抗（WL>1/Wc）時，回路不具備諧振條件。但在電壓互感器鐵芯磁飽和后，其電感逐漸減小，當電感降到滿足WL=1/WC時，即具備諧振條件，從而產(chǎn)生諧振過電壓。（只有在XC/XL≤0.01時，才不會發(fā)生諧振）在發(fā)生諧振時電壓互感器一次勵磁電流急劇增大，使高壓熔絲熔斷。當電流尚未達到熔斷熔絲的情況下，而又超過電壓互感器額定電流，若長期處于過電流狀況下運行，即造成電壓互感器的燒損。

2 消除鐵磁諧振的措施和方法

2.1 善電壓互感器的勵磁特性

10kV配電系統(tǒng)選用的電壓互感器，其特性若不良，在單相接地等過電壓的作用下，會引起勵磁電流增大，感抗下降，易激勵引發(fā)鐵磁諧振。反之，在電壓互感器特性優(yōu)越的條件下，對一般的過電壓水平，還不足以進入較深飽和區(qū)，不易構(gòu)成參數(shù)的匹配，從而可避免引發(fā)諧振。所以改善電壓互感器的空載勵磁特性，選擇伏安特性優(yōu)越的電壓互感器，也是一種消諧的措施。

2.2 減少電壓互感器的臺數(shù)

在同一個10kV配電系統(tǒng)中，應(yīng)盡量減少電壓互感器的臺數(shù)，尤是要限制中性點接地電壓互感器的臺數(shù)。因為同一網(wǎng)絡(luò)中并聯(lián)電壓互感器的臺數(shù)越多，則總體等值電抗就越小，容易與電容參數(shù)匹配而發(fā)生諧振。如變電所的電壓互感器只作為測量儀表和保護用，其中性點不允許接地。

2.3 串接單相電壓互感器

在三相電壓互感器一次側(cè)中性點串接單相電壓互感器，使三相電壓互感器等值電抗顯著增大，以滿足XC/XL≤0.01的條件，從而避免因深度磁飽和引起的鐵磁諧振。

2.4 每相對地加裝電容器

因為XC/XL≤0.01時，可避免引發(fā)鐵磁諧振。因此加裝電容器，可使容抗XC減少，從而達到滿足XC/XL≤0.01的條件，可消除諧振。

2.5 系統(tǒng)中性點裝設(shè)消弧線圈

當10kV配電系統(tǒng)發(fā)生接地故障，其接地電流值較大或接近30A時，可在中性點裝設(shè)消弧線圈接地，有利于瞬間接地電弧的熄滅，從而有效地防止弧光接地引起的過電壓。由于消弧線圈接在中性點回路，其電感值與電壓互感器等效零序電感相比小得多，不易構(gòu)成參數(shù)匹配，可防止諧振的發(fā)生。

2.6 裝設(shè)繼電保護設(shè)備

若10kV配電系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，為改變電壓互感器的參數(shù)，可通過裝設(shè)一套繼電保護設(shè)備來實現(xiàn)。該裝置是利用單相接地所產(chǎn)生較大諧振電流啟動電流繼電器接入，以改變電壓互感器的參數(shù)。當接地故障排除后，繼電保護設(shè)備退出，電壓互感器恢復(fù)正常運行。

2.7 電壓互感器高壓側(cè)中性點串接電阻

根據(jù)“電工學(xué)”諧振原理可知，在發(fā)生諧振時，串入電阻能起到消耗諧振能量和阻尼、抑制諧振的作用。顯然電阻值越大，抑制諧振效果越好。但阻值太大會影響系統(tǒng)接地保護的靈敏度，電阻容量亦受到限制。對10kV系統(tǒng)一般可選用10～30kΩ較為合適。

2.8 電壓互感器二次開口三角處接入阻尼電阻

10kV配電系統(tǒng)運行正常時，電壓互感器二次開口三角處兩端沒有電壓，或僅有極小的不對稱電壓。當發(fā)生單相接地故障時，電壓互感器二次開口三角處兩端會出現(xiàn)約100V的電壓，利用這一特點可在其兩端并接一個阻值為75～100Ω，容量為500～750W的阻尼電阻。在發(fā)生單相接地故障時，此電阻值較小近似于短路，起到改變電壓互感器參數(shù)的作用。這不僅可防止電壓互感器發(fā)生磁飽和，而且還可消耗諧振能量，抑制和消除諧振的發(fā)生。

3 解決諧振的效果

解決諧振的最優(yōu)措施是在電壓互感器的開口三角側(cè)接上一個燈泡，這種方法簡單、易于事施，可起到零序阻尼作用，但安裝效果不夠理想，電壓互感器高壓熔斷器熔斷還是較多，對非金屬性接地所激發(fā)起的諧振無發(fā)抑制。

4 結(jié)語

10kV中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生諧振的直接因素是系統(tǒng)過電壓，其根本原因是電壓互感器出現(xiàn)飽和，造成互感器的感抗改變，至于采用何種消諧方法，應(yīng)該根據(jù)實際情況，結(jié)合系統(tǒng)的運行方式，分別采取措施，以達到預(yù)期的目的，建議在新建的變電站采用質(zhì)量好的抗諧振型電壓互感器。

參考文獻：

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