淺談變電所10kV電壓互感器防諧振措施

摘 要：對于電壓互感器而言，諧振一直是影響其電壓的一個重要因素，文章主要分析了中性點不接地的10kV配電系統(tǒng)中電磁式電壓互感器發(fā)生鐵磁諧振的原因，并指出其對配電系統(tǒng)和設(shè)備所產(chǎn)生的危害，闡述了電壓互感器的多種防止諧振的舉措。

關(guān)鍵詞：10kV鐵磁諧振電壓互感器；防諧振措施；研究分析

前言

在中性點不接地的10kV配電系統(tǒng)中，大多采用電磁式電壓互感器（PT），其一、二次繞組接成星形，且中性點直接接地，另三次繞組接成開口三角形，用來監(jiān)測系統(tǒng)是否出現(xiàn)單相接地。正常運行時，PT的勵磁感抗相對于10kV系統(tǒng)的對地容性阻抗大得多，且三相基本平衡，中性點偏移電壓很小，系統(tǒng)不會發(fā)生諧振。但發(fā)生某些情況時，會使PT三相的勵磁電感快速達到飽和，且每相飽和程度的差別比較大，導(dǎo)致三相對地的阻抗明顯處于不平衡，系統(tǒng)中性點電壓產(chǎn)生偏移，參數(shù)匹配得當時使PT勵磁電感和三相對地電容構(gòu)成的回路產(chǎn)生諧振過電壓。這種過電壓的發(fā)生可導(dǎo)致設(shè)備的損壞，對系統(tǒng)造成諧波污染等問題。

1 電壓互感器諧振發(fā)生原因

在10kV配電系統(tǒng)是不接地系統(tǒng)，但其星形接法的PT高壓側(cè)中性點必須直接接地，同時10kV母線和線路有對地電容，其等值電路見圖1，其中EA，EB，EC為三相電源電動勢。此時各相對地勵磁電感LA=LB=LC=L0與母線和線路對地等值電容C0間組成獨立的振蕩回路。

在電網(wǎng)中性點不接地系統(tǒng)中，系統(tǒng)中10千伏母線常接有Yo 接線的電磁式電壓互感器，方便監(jiān)視三相對地電壓，正常時PT的勵磁阻抗很大，對地阻抗呈容性，三相基本平衡，中性點O的位移電壓很小，但擾動情況下，如系統(tǒng)單相接地的消失和發(fā)生，都會使PT中暫態(tài)勵磁電流急劇增大，感值下降，三相電感值就會變化，在O點發(fā)生零序電壓。

有研究證明：在PT開口三角繞組接入電阻（R/Xm≤0.4），相當于在PT的勵磁電感之中并入電阻，可以限制和消除諧振；在PT的高壓中性點串接一個電阻，隨著R的增大，諧振的范圍就會縮小，當R≥6%Xm時可消除一切鐵磁諧振；當線路對地容抗XCo/Xm≤0.01時，將不會產(chǎn)生諧振。

PT鐵磁諧振過電壓會使高壓保險熔斷、限流電阻爆炸、絕緣閃絡(luò)等異常故障，可能使PT噴油冒煙或燒毀或爆炸，此外會造成虛幻接地現(xiàn)象和接地指示誤動作。

2 電壓互感器消除鐵磁諧振措施

在中性點不接地電網(wǎng)系統(tǒng)中消除電壓互感器諧振過電壓的根本思路就是抑制產(chǎn)生鐵磁諧振的條件，可以從PT一次側(cè)和二次側(cè)著手。

2.1 一次消諧的主要方法

（1）選用勵磁特性好的電壓互感器。使電壓互感器在發(fā)生單相接地故障時鐵心不易被飽和，這樣諧振的匹配參數(shù)就無法構(gòu)成。

（2）三相母線接無間隙氧化鋅避雷器（MOA）。其原理是根據(jù)非線性電阻泄放三相對地電容上的零序電荷來達到消除諧振。但是在電網(wǎng)中性點不接地系統(tǒng)中，不宜單純采用避雷器作為電網(wǎng)互感器鐵磁諧振的限壓辦法，而應(yīng)該當作其后備保護。

（3）在PT高壓側(cè)中性點加裝LXQ型消諧器。因為當電阻元件的容量大小、絕緣水平及連接方式等選擇不當時，直接選用線性電阻時，會發(fā)生設(shè)備引線過熱燒斷、電器燒損、沿面閃絡(luò)等。

（4）電網(wǎng)系統(tǒng)中性點經(jīng)過消弧線圈接地。該種情況下，消弧線圈（Ln）的作用不再是用于補償系統(tǒng)的電容電流，只是讓Ln值遠小于PT的勵磁電感，此時回路中3Ln和線路電容大小決定零序自振的角頻率，從而不會發(fā)生PT引起的共振現(xiàn)象。很明顯Ln越小，消除諧振的效果越好。

（5）PT高壓側(cè)中性點串接一個線性電阻然后接地。把PT高壓側(cè)中性點直接接地方式改為通過電阻R0接地，這樣就等價于在PT二次開口三角繞組接入電阻或每相對地并聯(lián)電阻。一般來說，R0越大阻尼效果越好，但R0太大，當電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地時，將會影響系統(tǒng)繼電保護裝置的正確動作和接地指示的靈敏度。

（6）采用PT高壓側(cè)中性點串聯(lián)單相PT。根據(jù)在電網(wǎng)發(fā)生單相接地時，系統(tǒng)線路電壓由主PT和副PT共同承擔，等于改善了PT的勵磁特性，使PT不易達到飽和。

2.2 二次消諧的主要方法

（1）最原始方法，PT開口三角側(cè)接1個燈泡。但隨著電網(wǎng)系統(tǒng)容量的增大，實踐表明此方法的消諧效果不理想。

（2）在PT開口三角側(cè)加裝消諧裝置。當電網(wǎng)系統(tǒng)分頻諧振時，其繼電器會啟動，將開口在三角繞組短接，經(jīng)1s后，繼電器則自動復(fù)歸。所以在開口三角繞組接低頻率繼電器，整定其動作頻率在34赫磁以下，動作電壓在18伏以上，用以消除分頻諧振。

（3）電壓互感器開口三角加接一個電阻器。電阻接在開口三角繞組兩端，一次側(cè)電流肯定會增大，PT的容量相應(yīng)增大。從抑制諧波方面考慮，R值越小，效果越顯著，但PT的過載現(xiàn)象越嚴重，在諧振或單相接地時間過長時甚至會導(dǎo)致保險絲熔斷或PT燒毀。

3 結(jié)束語

文章分別介紹了一次消諧的方法和二次消諧的方法，在實際工作中，我們應(yīng)根據(jù)當?shù)氐碾娋W(wǎng)情況，結(jié)合電網(wǎng)運行方式，進行分析討論采用何種消諧方法，及時采取相關(guān)技術(shù)措施來抑制和消除鐵磁諧振，避免由此帶來的故障擴大，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

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作者簡介：李寧（1985，3-），男，浙江桐廬人，本科，工程師，從事變電檢修工作。

雷超（1986，7-），男，浙江桐廬人，本科，工程師，從事配電運檢工作。