某220 kV變電站35 kV諧振過(guò)電壓分析

李江龍，衛(wèi) 偉

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司晉城供電公司，山西 晉城 048000）

某220 kV變電站35 kV諧振過(guò)電壓分析

李江龍，衛(wèi) 偉

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司晉城供電公司，山西 晉城 048000）

通過(guò)220 kV某變電站主變錄波器的啟動(dòng)波形，判斷35 kV III段PT消諧裝置頻繁動(dòng)作原因?yàn)橹C振過(guò)電壓，并對(duì)過(guò)電壓產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，更換電壓互感器一次消諧裝置，保證了系統(tǒng)可靠運(yùn)行。關(guān)鍵詞：電壓互感器；諧振過(guò)電壓；錄波器

電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，往往伴隨著暫態(tài)過(guò)電壓、操作過(guò)電壓、雷電過(guò)電壓等各種過(guò)電壓的威脅，諧振過(guò)電壓是電網(wǎng)暫態(tài)過(guò)電壓的一種。我國(guó)10 kV、35 kV電網(wǎng)擔(dān)負(fù)著直接向客戶供電的任務(wù)，系統(tǒng)接地方式最廣泛采用的是中性點(diǎn)對(duì)地絕緣方式，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、容量、參數(shù)、運(yùn)行方式等變化頻繁，系統(tǒng)中接地的電磁式電壓互感器具有易飽和非線性特點(diǎn)，隨著電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、容量、參數(shù)、運(yùn)行方式等的變化極易使電網(wǎng)對(duì)地容抗與電壓互感器勵(lì)磁感抗達(dá)到鐵磁諧振的條件而引起諧振過(guò)電壓。這種過(guò)電壓一般持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，如不采取有效的預(yù)防和消除措施，常常會(huì)長(zhǎng)時(shí)間自保持，從而引起電壓互感器長(zhǎng)時(shí)間過(guò)勵(lì)磁而燒毀，甚至誘發(fā)相間短路和其他更為嚴(yán)重的電力系統(tǒng)故障[1-3]。

1 故障簡(jiǎn)述及現(xiàn)場(chǎng)檢查

2014年6月21日，某站“3號(hào)主變錄波啟動(dòng)”頻繁動(dòng)作。在接到調(diào)度指令后，二次運(yùn)檢人員前往對(duì)主變錄波器進(jìn)行了檢查，檢查過(guò)程中做了如下工作。

a)對(duì)錄波器保護(hù)定值進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果定值無(wú)問(wèn)題。

b)錄波器頻繁啟動(dòng)原因?yàn)?5 kV III段電壓突變量達(dá)到啟動(dòng)定值，錄波啟動(dòng)正確。

c)對(duì)35 kV III段電壓二次回路進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果無(wú)問(wèn)題。

d)針對(duì)后臺(tái)在錄波器啟動(dòng)期間存在35 kV III 段PT二次消諧裝置存在動(dòng)作情況。對(duì)35 kV III段PT二次消諧裝置歷史動(dòng)作情況進(jìn)行了核查。

e)對(duì)35 kV III段母線所屬出線進(jìn)行核查，該站35 kV III段PT母線共帶3個(gè)電容器和1個(gè)用戶出線（A線378），通過(guò)核查，A線378曾發(fā)生過(guò)多起雷擊事故跳閘事件，且3號(hào)主變錄波器頻繁動(dòng)作期間，A線所處地域?yàn)槔子晏鞖狻?/p>

2 錄波分析

a)現(xiàn)場(chǎng)檢查35 kV III段二次消諧裝置，有諧振動(dòng)作的報(bào)文，35 kV III段二次消諧裝置動(dòng)作記錄如表1所示。

表1 III段PT二次消諧裝置動(dòng)作情況（諧振動(dòng)作）Hz

b)查看3號(hào)主變錄波器2014.06.18—06.21錄波圖。從錄波圖中看出：35 kVⅢ段母線三相電壓依次輪流升高，幅值未超過(guò)2倍相電壓，與分頻諧振波形相似；Ua、Ub、Uc、3U0周期均為40 ms左右；聯(lián)系當(dāng)時(shí)的雷電天氣和Ⅲ段母線所屬間隔A線經(jīng)常遭受雷擊情況，綜合判斷35 kVⅢ段母線發(fā)生由于雷電引起的鐵磁諧振過(guò)電壓，此諧振為分頻諧振，主要為1/2分頻。這也與二次消諧裝置的消諧動(dòng)作相吻合。

下面通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。

a)計(jì)算電壓互感器的一次勵(lì)磁電抗。停電后實(shí)際試驗(yàn)，根據(jù)電壓互感器的勵(lì)磁特性曲線，計(jì)算出勵(lì)磁電抗XL。

式中：Ue——額定線電壓，kV；

IL——額定線電壓下的激磁電流，mA。

b）計(jì)算系統(tǒng)容抗Xc。為計(jì)算Xc，首先要測(cè)量系統(tǒng)的運(yùn)行相電壓Uph和電容電流I0。

式中：Uph——實(shí)際運(yùn)行相電壓；

I0——實(shí)測(cè)電容電流。

c)計(jì)算阻抗比。阻抗比K為

3 結(jié)論

電磁諧振 (分頻)一般應(yīng)具備如下3個(gè)條件：鐵磁式電壓互感器 (TV)的非線性效應(yīng)是產(chǎn)生鐵磁諧振的主要原因；TV感抗為容抗的100倍以內(nèi),即參數(shù)匹配在諧振范圍；要有激發(fā)條件，如投入和斷開(kāi)空載母線、TV突然合閘、單相接地突然消失、外界對(duì)系統(tǒng)的干擾或系統(tǒng)操作產(chǎn)生的過(guò)電壓等。由前面分析可知，電磁諧振的3個(gè)條件都已具備。

從上述分析可知，阻抗比遠(yuǎn)離1/2分頻諧振的諧振區(qū)Xc/XL=0.01～0.08，在正常運(yùn)行狀態(tài)下不會(huì)發(fā)生諧振。由于35 kV A線378穿越雷區(qū)（曾多次發(fā)生雷擊跳閘事故），引起系統(tǒng)擾動(dòng)，導(dǎo)致35 kVⅢ段母線電壓互感器的非線性鐵芯磁飽和，感抗迅速下降，使阻抗比Xc/XL上升，其值剛好位于0.01～0.08之間，因而引發(fā)1/2分頻諧振。由于35 kVⅢ段母線電壓波動(dòng)，導(dǎo)致3號(hào)變頻繁啟動(dòng)錄波，III段PT二次消諧裝置頻繁動(dòng)作[4]。

4 防范措施及建議

系統(tǒng)發(fā)生諧振時(shí)，同一系統(tǒng)中所有PT都將受到威脅，如果PT繞組嚴(yán)重過(guò)熱將造成損壞，甚至引起母線停電的惡劣后果，必須快速消除。結(jié)合本實(shí)例，提出如下措施。

a）35 kVⅢ段母線僅串帶1條出線線路，A線378為充電線路，空載母線易發(fā)生諧振過(guò)電壓。但由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)所限，只能維持A線路充電運(yùn)行。

b）建議停電檢查一次消諧器，測(cè)量系統(tǒng)容抗和電壓互感器的一次激磁阻抗，更換一次消諧器，觀察參數(shù)是否打破匹配，破壞諧振維持的條件，減少諧振過(guò)電壓次數(shù)。實(shí)際更換一次消諧裝置后，諧振過(guò)電壓次數(shù)有所減少，起到了限制分頻諧振的目的。

c）如果第二項(xiàng)措施效果不明顯的話，可考慮更換Ⅲ段電壓互感器，更換為勵(lì)磁特性好的電壓互感器或者更換為電容式電壓互感器，以降低發(fā)生鐵磁諧振的幾率。

[1]要煥年，曹梅月.電力系統(tǒng)諧振接地 (第2版)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[2]國(guó)家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問(wèn)答 (第2 版)[M].北京：中國(guó)電力出版社，1999.

[3]國(guó)家電力調(diào)度通信中心.國(guó)家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)培訓(xùn)教材 [M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[4]杜林，李欣，吳高林，等.采用3類特征參量比值法的鐵磁諧振過(guò)電壓識(shí)別 [J].高電壓技術(shù)，2011，37（9）：2241-2249.

Analysis on the 35 kV Resonance Overvoltage in a 220 kV Substation

LI Jianglong,WEIWei

(State Grid Jincheng Power Supply Company of SEPC,Jincheng,Shanxi 048000,China)

Through analyzing the starting waveform of fault oscillograph of a 220 kV substation, it can be judged that resonance overvoltage is the reason of frequent action of harmonic elimination device at the third part of 35 kV potential transformer. After analyzing the causes of overvoltage, the harmonic elimination device was replaced, and consequently, the systemis ensured to be operated reliably.

voltage transformer; resonance overvoltage; fault oscillograph

TM86

B

1671-0320（2016）02-0065-02

2015-11-10，

2016-02-29

李江龍（1976），男，山西晉城人，1998年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，高級(jí)工程師，從事繼電保護(hù)維護(hù)和管理工作;

衛(wèi) 偉（1982），男，山西晉城人，2004年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，工程師，從事繼電保護(hù)維護(hù)工作。