淺析電壓互感器鐵磁諧振過電壓防范措施

郝飛進

摘要：鐵磁諧振簡單來說就是電力系統(tǒng)自激振蕩的一種形式，是由變壓器、電壓互感器等鐵磁電感的飽和作用引起的持 續(xù)性、高幅值諧振過電壓現(xiàn)象。系統(tǒng)發(fā)生諧振會使電 壓互感器電流增大，嚴重時會損壞母線電壓互感器，甚至會導致電壓互感器爆炸。

關鍵詞：電壓互感器;鐵磁諧振;容抗

前言

1鐵磁諧振的產(chǎn)生

電壓互感器的鐵磁諧振常發(fā)生在中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的電氣系統(tǒng)中。鐵磁諧振常受到的激發(fā)有兩種。第一種，電源對只帶電壓互感器的空母線突然合閘;第二種，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障。在這兩種情況下，電壓互感器一次電流都會出現(xiàn)很大的勵磁涌流，使電壓互感器一次電流增大60倍左右，從而誘發(fā)電壓互感器產(chǎn)生過電壓。激發(fā)鐵磁諧振的第一種情況，電源對只帶電壓互感器的空母線突然合閘時發(fā)生基波諧振大約在50zH，根據(jù)銘牌給出基波諧振的勵磁涌流，可見基波諧振對系統(tǒng)造成 的危害并不大。激發(fā)鐵磁諧振的第二種情況，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，如果出現(xiàn)低頻率的諧波，則會在電壓互感器發(fā)生分頻諧振，勵磁涌流與額定電流比例異常，這時分頻諧振產(chǎn)生的勵磁涌流對系統(tǒng)的危害極大。

2基波諧振產(chǎn)生現(xiàn)象

基波諧振 的現(xiàn)象主要有兩種，其一是兩相對地電壓升高，一相對地電壓降低，或相反，即兩相對地電壓降低，一相對地電壓升高。分頻諧振的現(xiàn)象是三相電壓同時或依次輪波升高，電壓表指針在同范圍內(nèi)低頻，在這里的低頻主要是指范圍在每秒一次左右擺動。電壓互感器發(fā)生鐵磁諧振時系統(tǒng)的線電壓指示 不變，還可能引起其高壓側(cè)熔斷器熔斷，造成繼點保護和自動裝置的誤動作。

3鐵磁諧振與單相接地故障區(qū)別

發(fā)生鐵磁諧振時，電壓互感器的開口三角形出現(xiàn)電壓，與單相接地時相同。其主要區(qū)別在于鐵磁諧振時，互感器開口三角形的端電壓uΔ大部分大于 100V，僅有個別情況下小于100V，但此時相電壓波動輪流升降;而單相接地時，互感器開口三角形的端電壓uΔ最大不超 過100V，高阻接地時還要低，且不波動。

4電壓互感器鐵磁諧振的消除方法

4.1改選具有性能優(yōu)勢的電壓互感器元件

通常情況下，電力系統(tǒng)當中所出現(xiàn)的諧振現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為單相接地以及空母線突然合閘等結(jié)構(gòu)環(huán)境，大部分勵磁 性能較差的電壓互感器設備，在發(fā)生諧振環(huán)境的電路當中，會首先呈現(xiàn)出鐵芯工作點變化的趨勢，并快速進入到飽和區(qū)，此時如果系統(tǒng)內(nèi)部的參數(shù)相當，就會發(fā)生大規(guī)模諧振。為了能夠改變電力系統(tǒng)環(huán)境，提高電壓互感器的應對能力，需要針對電壓互感器的勵磁性能進行調(diào)整。勵磁性能較高的電壓互感器能夠在電力系統(tǒng)當中對勵磁電感進行抑制，從而實現(xiàn)對于諧振過程中所產(chǎn)生電壓的控制。筆者建議，對于勵磁性能不佳的電壓互感器設備，可以更換為電容式電壓互感 器，以此來提高其勵磁特性，防范鐵磁諧振事故的發(fā)生。

4.2設定高壓側(cè)接地方式

在電力系統(tǒng)內(nèi)部，單相接地需要經(jīng)過接地開始和接地消 失兩個過程，其中系統(tǒng)接地的開始需要經(jīng)由與地面聯(lián)通的方式，保證未完成接地的兩相電源電路形成通道，而在接地完成之后，整個電力系統(tǒng)的充放電過程，電路無法通過電壓互 感器內(nèi)部的高壓繞組實現(xiàn)流通。因此，這種接地方式就能夠有效避免電壓互感器的鐵磁諧振問題。筆者認為通過重新設定高壓側(cè)接地方式，可以引導中性點經(jīng)電阻完成接地，從而實現(xiàn)對于諧振產(chǎn)生條件的抑制。在接地消失之后，原有的金屬通道將不復存在，電流的流通則無法借助原有的流通途徑完成，此時電流會直接進入到電壓互感器的高壓繞組當中，受電的高壓繞組內(nèi)部，會依據(jù)三相儲電電荷進行放電，此時 高壓繞組會作為直流源直接與電感線圈進行連接，并發(fā)生作用。電壓互感器鐵芯則會出現(xiàn)深度飽和。這種情況下，其所形成的接地相環(huán)境，等同于變壓器空載下的突然合閘，并出現(xiàn)了暫態(tài)涌流的疊加。為了對其加以處理，可以嘗試在高壓側(cè)中性點位置安裝RO電阻器，借助電阻器實現(xiàn)對于電壓互感器產(chǎn)生的電壓的分擔，避免諧振的產(chǎn)生。

4.3裝設消弧線圈

一般的10kV電力系統(tǒng)當中，針對出現(xiàn)的諧振問題以及電壓互感器鐵磁諧振影響問題，通?？梢圆捎眉友b消弧線圈 裝置來實現(xiàn)抑制。在系統(tǒng)當中，系統(tǒng)內(nèi)部的中性點通過加裝消弧線圈裝置的方式，可以實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部電感并聯(lián)，并作用 于每一相勵磁電感當中，同時，消弧線圈設備本身的電感值相比PT勵磁電感為低，因此PT等效下所出現(xiàn)的零序電感 短路現(xiàn)象，可以實現(xiàn)對于參數(shù)匹配關系的打破，從而實現(xiàn)在源頭遏制諧振的產(chǎn)生。在實際應用當中，筆者更傾向于采用補償法進行消弧線圈的安裝，這是由于消弧線圈本身具有較大的電感，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)當中比較復雜，而電感還會造成對于電力系統(tǒng)自身的影響。不過必須強調(diào)的是，消弧線圈裝置只 適用于10kV電力系統(tǒng)，對于35kV以上的電力系統(tǒng)來說，消弧線圈裝置的安裝不但不會起到飽和庇振效果，甚至還會造成對于回路的破壞，需要選擇其他控制方式。

4.4電力系統(tǒng)操作規(guī)范化

規(guī)范化的操作也是避免諧振問題影響擴大的重要舉措，筆者通過前文的產(chǎn)生原因分析，總結(jié)出電壓互感器鐵磁諧振的出現(xiàn)除了有電力系統(tǒng)自身裝置的問題之外，也包括部分人為因素的影響。因此在進行諧振控制策略的研究時，筆者也提出了基于操作規(guī)范化的控制要求。具體來說，操作人員應當注重電路斷路器端口、電氣元件之間的關系。首先，電容器內(nèi)部的回路刀閘由于其帶斷口，因此操作人員不可以對其進行電壓互感器母線合閘;其次，該類型的電容器，還不可以直接進行空載母線的切斷。在必須進行切斷的場合中，操作人員必須首先拉開電壓互感器設備，隨后在進行母線的偷空。此時，母線偷空可以直接實現(xiàn)對于TV的斷開，并在切斷作業(yè)最終完成后進行基于母線的送電。操作人員在操作過程中還應當注意，母線電壓需要在母線操作過程中時刻監(jiān)視 并進行信息獲取。一旦發(fā)生電壓互感器的鐵磁諧振，操作人員需要第一時間完成斷路器合閘，切斷一切回路電容。同時投入其他線路，破壞諧振產(chǎn)生的環(huán)境條件，從而避免因諧振問題造成電力系統(tǒng)設備過電壓，影響電力系統(tǒng)及操作人員的人身安全。

結(jié)論

綜上所述，受變電站電壓互感器電壓突然變化的影響，極容易誘發(fā)鐵磁諧振現(xiàn)象，開關合閘、對地電容以及鐵芯特 性均是鐵磁諧振的影響因素。一旦產(chǎn)生鐵磁諧振，會導致電壓和電流在瞬間急速升高，對電網(wǎng)的安全運行形成了挑戰(zhàn)。因此，應注重改選具有性能優(yōu)勢的電壓互感器元件，合理設 定高壓側(cè)接地方式，裝設消弧線圈，促進電力系統(tǒng)操作規(guī)范化，從根源上防范鐵磁諧振的產(chǎn)生。

參考文獻：

[1] ?陳杰，李守棋.電壓互感器鐵磁諧振解決方案[J].農(nóng)村電工，2017，2509：44.

[2] ?戴欽來，蘇文宇，熊華維.電磁式電壓互感器鐵磁諧振抑制方 法分析[J].電工技術(shù)，2017，08：45-46+65.

[3] ?劉天奇，劉銀彬，胡全義.35kV配電網(wǎng)電壓互感器鐵磁諧振影響因素及消諧措施仿真分析[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2017，3504：34-39.

（作者單位：國網(wǎng)山西省電力公司檢修公司）