10KV電壓互感器諧振過電壓事故分析及預(yù)防措施研究

張國進(jìn)

摘要：電力的改革和發(fā)展，促進(jìn)著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，也是構(gòu)件和諧社會(huì)主義的主要因素之一。電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，可能由于諧振過電壓造成事故發(fā)生。因此，需要我們提前做好防范措施，避免因設(shè)備故障造成大面積的停電事故，給經(jīng)濟(jì)帶來直接的損失。本文從實(shí)際生活中的諧振過電壓事故展開，對(duì)發(fā)生的原因進(jìn)行分析，并提出預(yù)防措施，供行業(yè)各界認(rèn)識(shí)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：電壓互感器;10kV線路;諧振過電壓;避雷器

1.引言

某補(bǔ)充水泵房10kV Ⅰ、Ⅱ段母線分段運(yùn)行，母線PT主要用于10kV母線電壓監(jiān)視和繼電保護(hù)。Ⅰ和Ⅱ的回線路總長(zhǎng)為3.9km，其中架空線長(zhǎng)2.1km，電纜線長(zhǎng)1.8km。每一條回線路均由5段電纜和4段裸露架空線路組成。

2.事故概要

該10kV補(bǔ)充水泵房的Ⅰ和Ⅱ回線路自投運(yùn)以來，設(shè)備在運(yùn)行過程中已經(jīng)出現(xiàn)了3次補(bǔ)充水Ⅱ組母線PT燒壞的事故。經(jīng)過調(diào)查確認(rèn)，這三起事故發(fā)生的現(xiàn)象都非常相似，發(fā)生的最初原因都是發(fā)生線路避雷器擊穿引起了單相的接地故障。

3 事故經(jīng)過

第一起事故發(fā)生在2015年，因檢修工作的需要，將補(bǔ)充水泵10kV的Ⅱ回線路停運(yùn)。在進(jìn)行倒閘操作的時(shí)候，Ⅰ、Ⅱ組母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)由母線進(jìn)行充電還不到3分鐘，補(bǔ)充水泵房的Ⅱ組母線PT柜就開始冒煙。經(jīng)檢查確認(rèn)為補(bǔ)充水泵的10kV Ⅰ回線路B相的一個(gè)避雷器燒壞了，造成了線路的單相接地，從而引起了母線的PT AC相燒壞。

第二起事故發(fā)生在2016年，2號(hào)補(bǔ)充水隔離變電源開關(guān)發(fā)生了保護(hù)動(dòng)作跳閘。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充水的Ⅱ回線路22號(hào)桿上的C相避雷器燒壞了引起線路單相接地，從而導(dǎo)致了補(bǔ)充水泵房的10kV Ⅱ組的母線PTA及B相被燒壞。

第三起事故發(fā)生在2018年，同樣還是2號(hào)的補(bǔ)充水隔離變電源開發(fā)發(fā)生了保護(hù)動(dòng)作跳閘，現(xiàn)象同第二次事故一致。經(jīng)檢查確認(rèn)，補(bǔ)充水Ⅱ回線路的20號(hào)桿上C相避雷器燒壞引起線路的單相接地，同樣地也是造成了母線的PTA、B相燒壞。

由于該補(bǔ)充水泵房的10kV Ⅱ組母線PT多次發(fā)生了燒壞的事故，給公司的正常運(yùn)營造成了一定的影響。為了避免后續(xù)類似事件的再次發(fā)生，公司專業(yè)人員進(jìn)行了詳細(xì)的事故調(diào)查確認(rèn)，經(jīng)過與電力公司的生產(chǎn)技術(shù)人員、線路維護(hù)單位和地方供電所的相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行溝通和交流后，發(fā)現(xiàn)如下一些現(xiàn)象：

1）在縣電力公司的10kV線路中PT（計(jì)量箱）也曾經(jīng)多次出現(xiàn)類似的問題，線路單相接地后，線路計(jì)量箱內(nèi)PT燒壞頻繁;

2）在縣電力公司10kV線路中避雷器被擊穿的情況倒不多，可能和雷區(qū)都是架空線，而架空線上沒有避雷器有關(guān)。

對(duì)于10kV的線路日常維護(hù)，要求每季度至少要巡視一次，巡視過程中若發(fā)現(xiàn)設(shè)備有缺陷或存在一些安全隱患，必須要立即進(jìn)行停電的申請(qǐng)，然后進(jìn)行處理。而關(guān)于10kV的年度檢修計(jì)劃以及線路的避雷器使用年限要求和定期的預(yù)防性試驗(yàn)要求則沒有。

4 事故原因分析

4.1系統(tǒng)出現(xiàn)單項(xiàng)接地引起諧振過電壓

在系統(tǒng)中出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，電網(wǎng)對(duì)地電容通過PT一次繞組有一個(gè)充放電的過渡過程，在這個(gè)過程中電壓互感高壓繞組中會(huì)流過一個(gè)復(fù)制很高的低頻振蕩電流，使得鐵芯嚴(yán)重飽和，造成感抗變小，從而使得鐵磁諧振過電壓燒壞PT。

4.2電磁電壓互感裝置問題

電磁電壓互感器中性點(diǎn)接地，互感器中的鐵芯的非線性電感和系統(tǒng)對(duì)地電容構(gòu)成了諧振回路。互感器磁路易飽和的特點(diǎn)在系統(tǒng)出現(xiàn)波動(dòng)或者單相接地時(shí)被激發(fā)，電壓異常升高相的互感器磁路過飽和，互感器電感和系統(tǒng)電容參數(shù)相匹配時(shí)便會(huì)產(chǎn)生諧振。在此過程中，PT一次產(chǎn)生的電流非常大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鉛絲的額定電流，因此，鉛絲被燒斷，PT燒壞，會(huì)造成二次電壓的消失。發(fā)生諧振時(shí)，諧振電壓最大時(shí)相電壓的3倍之多，一些絕緣比較薄弱的設(shè)備很容易被損壞。

4.3電磁電壓互感中性點(diǎn)未可靠接地。

在補(bǔ)充水泵房10kV母線電壓互感器中性點(diǎn)接地不可靠的存在性比較高時(shí)，當(dāng)發(fā)生10kV系統(tǒng)單相接地故障或者是間隙性單相弧光接地，非故障兩相電壓的值會(huì)突然升高，從而使得電壓互感器兩相勵(lì)磁電流突然增大而發(fā)生飽和，中性點(diǎn)電壓發(fā)生位移，產(chǎn)生了嚴(yán)重的鐵磁諧振過電壓。

鐵磁諧振回路由電感元件（帶鐵芯）和電容元件組成的一個(gè)系統(tǒng)，鐵芯的電感值會(huì)隨著電壓和電流的大小而發(fā)生變化，可參考下示意圖1：

在正常運(yùn)行時(shí)，容抗要小于感抗，此時(shí)諧振的條件不成立。當(dāng)容抗等于感抗時(shí)，滿足了諧振的發(fā)生的條件，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧振，在電感和電容兩端會(huì)形成過電壓現(xiàn)象，引起PT絕緣擊穿或?qū)Φ胤烹?，從而燒壞PT。

5 事故預(yù)防措施

在電力系統(tǒng)中，10kV系統(tǒng)是非常重要和常見的一部分。具有容量變化空間大、結(jié)構(gòu)構(gòu)成復(fù)雜、電壓互感器具有非線性、易飽和等特點(diǎn)，易造成諧振過電壓的現(xiàn)象發(fā)生。該異常若不及時(shí)進(jìn)行清除，會(huì)造成電壓互感器發(fā)生嚴(yán)重?zé)龤У裙收?，從而?duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全造成威脅。

為了保障變電站的電氣設(shè)備的運(yùn)行安全，防止出現(xiàn)10kV系統(tǒng)諧振過電壓造成的安全事故，我從以下幾點(diǎn)做好預(yù)防措施：

5.1選擇電磁式電壓互感裝置時(shí)應(yīng)注重其勵(lì)磁性能。

在電磁式電壓互感裝置的選擇時(shí)，要注意其勵(lì)磁性能。主要從以下兩個(gè)方面進(jìn)行考慮：①勵(lì)磁性能的一致性和量值。從一致性方向來考慮，應(yīng)對(duì)三相互感裝置進(jìn)行科學(xué)配置，使得三相電壓的協(xié)調(diào)性可靠，從量值的方向來考慮，可以適當(dāng)?shù)膶?duì)鐵芯內(nèi)部的布置進(jìn)行調(diào)整，以使其出現(xiàn)飽和的次數(shù)降低，從而大大減少諧振過電壓事故發(fā)生的概率。

5.2選擇電力系統(tǒng)的二次消諧設(shè)備時(shí)，應(yīng)注意其安裝程序的相關(guān)因素

選擇二次消諧設(shè)備時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮安裝程序的便利性、抗干擾能力的強(qiáng)弱、消協(xié)反應(yīng)的靈敏性等各個(gè)方面的因素。目前，采用在電壓互感裝置開口三角之間接入一個(gè)燈泡電阻，改變電路結(jié)構(gòu)，從而破壞諧振條件。其次保護(hù)方式改變，由以前的單相接地保護(hù)報(bào)警更改為單相接地跳閘，防止線路發(fā)生單相接地后，長(zhǎng)時(shí)間缺相運(yùn)行引起電壓互感器損壞。

5.3 改變線路參數(shù)，定期對(duì)線路設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)

在10kV補(bǔ)充水Ⅰ、Ⅱ線路中，將以前部分高壓電纜更換架空絕緣線，改變線路容抗、破壞線路接地故障時(shí)的諧振條件。其次，補(bǔ)充水泵房架空線路為雷擊多發(fā)區(qū)，每年對(duì)架空線路的避雷器及接地網(wǎng)進(jìn)行一次試驗(yàn)，防止避雷器承受雷擊電壓時(shí)因地網(wǎng)電阻偏大，能量未得到及時(shí)向大地釋放，造成避雷器擊穿，引起線路接地故障。

5.4在系統(tǒng)中設(shè)置消弧線圈，變電站采用接地變壓器

在該系統(tǒng)中，接地變壓器相當(dāng)于未接地的中性點(diǎn)提供了一個(gè)臨時(shí)的中性點(diǎn)。同時(shí)，通過消弧線圈使得系統(tǒng)再次接地，形成雙重接地保障。此時(shí)若發(fā)生單相接地異常時(shí)，該接地保護(hù)系統(tǒng)中出現(xiàn)的感性電流會(huì)直接對(duì)電容電流進(jìn)行補(bǔ)償，使得接地點(diǎn)電弧消失，也從根本上避免了諧振過電壓的發(fā)生。

6 ?結(jié)語

在電廠中，最重要的莫過于企業(yè)的安全生產(chǎn)。若諧振過電壓異常出現(xiàn)后持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，除了最直接的影響就是會(huì)對(duì)電廠的各種電氣設(shè)備和整個(gè)電力系統(tǒng)造成破壞，還會(huì)對(duì)供電的可靠性和安全性造成威脅。因此，諧振過電壓對(duì)于企業(yè)來說是一種非常不好的現(xiàn)象。對(duì)于出現(xiàn)的諧振過電壓事故，相關(guān)的技術(shù)人員要結(jié)合企業(yè)的電力運(yùn)行特點(diǎn)，全面分析和了解，并協(xié)同各級(jí)電力企業(yè)的技術(shù)人員共同協(xié)作調(diào)查，采取有效措施，從各個(gè)方面考慮降低諧振過電壓的因素。該補(bǔ)充水泵房在記過技術(shù)人員多次分析和實(shí)施預(yù)防措施后，從各個(gè)環(huán)節(jié)消除了諧振過電壓產(chǎn)生的因素，目前為止尚未再次發(fā)生類似故障，使得企業(yè)的安全性和運(yùn)行質(zhì)量得到了提高。

參考文獻(xiàn)

[1]禤志哲 ?10kV母線諧振過電壓事故分析及預(yù)防措施，電氣電工，2017-2;70-72

[2]余新江 ?10kV系統(tǒng)諧振事故分析，機(jī)電信息，2014-33（423）;25-26

（作者單位：貴州黔東電力有限公司）