小電流接地系統(tǒng)諧振過電壓的原因分析

摘要：在小電流接地系統(tǒng)中，電磁式電壓互感器是非線性電感元件，而母線、線路對地呈容性。當(dāng)電網(wǎng)對地容抗XC與TV感抗XL的比值處于易諧振區(qū)域內(nèi)，同時系統(tǒng)中有雷擊、單相接地故障消失、斷線等狀態(tài)時，會激發(fā)鐵磁諧振。諧振可能一直存在直至某個設(shè)備閃絡(luò)或爆炸損壞，也可能突然自動消失，且諧振頻率可能發(fā)生跳轉(zhuǎn)。諧振發(fā)生時，電磁式TV鐵心嚴(yán)重飽和、勵磁電流大增，常導(dǎo)致過熱損壞或TV爆炸及系統(tǒng)短路事故。所以有必要對小電流接地系統(tǒng)諧振過電壓的原因進(jìn)行分析，可供參考。

關(guān)鍵詞：小電流接地系統(tǒng);諧振過電壓;原因;防治措施

1某220kV變電站66kV主二次TV爆炸

220kV1號主二次在66kV東母帶某一線、1號電容器、2號電容器運(yùn)行，經(jīng)66kV母聯(lián)在西母帶某線、某二線運(yùn)行，2組電容器容量均為20Mvar，所帶系統(tǒng)無消弧線圈運(yùn)行，接線如圖1。

1.1故障情況

01：21，1號、2號電容器斷路器同時跳閘，均為電容器過壓保護(hù)動作。當(dāng)時為持續(xù)雷雨天氣。01：50，66kV母線三相電壓顯示C相接地。01：53，母差保護(hù)屏裝置異常，運(yùn)行燈滅，將66kV母差保護(hù)屏退出運(yùn)行。檢查發(fā)現(xiàn)繼電保護(hù)電壓并列屏電壓端子排燒損，計量電能表電壓端子排燒損。隨后進(jìn)行接地檢除，根據(jù)所帶用戶變對地電壓表顯示，接地未消失，A相63kV、B相64kV、C相0kV，對地電壓表指示穩(wěn)定?，F(xiàn)場檢查66kV西母TVC相噴油，分析認(rèn)為可能是西母TVC相內(nèi)部故障造成接地，應(yīng)先將故障TV隔離。04：34，將某線、某二線由西母改東母運(yùn)行，拉開66kV1號母聯(lián)2250開關(guān)，將66kV西母及TV停電。04：44，主變主二次TVA、C相爆炸，1號主變差動保護(hù)動作，兩側(cè)開關(guān)跳閘。

1.2原因分析

雷雨天氣下，間歇性接地等原因激發(fā)系統(tǒng)鐵磁諧振、產(chǎn)生過電壓。過電壓持續(xù)時間達(dá)到電容器過壓保護(hù)定值后，1號、2號電容器過壓保護(hù)動作跳閘，但鐵磁諧振并未因2組電容器跳閘而消除。30min后諧振過電壓使西母TVC相一、二次繞組絕緣擊穿，造成電壓并列屏電壓端子排燒損、TV噴油及單相接地。由于西母TVC相接地，系統(tǒng)諧振消除，用戶變的三相對地電壓表指示穩(wěn)定也證明諧振已經(jīng)消失。但在將66kV西母負(fù)荷改東母運(yùn)行、拉開母聯(lián)開關(guān)將66kV西母線及TV停電時，相當(dāng)于用母聯(lián)開關(guān)切除單相接地故障，再次激發(fā)了主變主二次TV與系統(tǒng)對地電容的鐵磁諧振，由于1號主變主二次TV此前遭受諧振過電壓的影響，估計其內(nèi)部已造成損傷。所以僅10min后，鐵磁諧振造成1號主變主二次A、C相TV爆炸，主變跳閘。該案例中，系統(tǒng)發(fā)生諧振故障時，2組電容器跳開后仍未破壞諧振，繼而拉開母聯(lián)開關(guān)將西母線及西母TV停電，相當(dāng)于該站由2組TV并列運(yùn)行變?yōu)?組TV運(yùn)行，對地感抗約增大1倍，不但未避開鐵磁諧振，相反再次激只發(fā)了主變主二次TV與系統(tǒng)對地電容的鐵磁諧振，分析是諧振頻率點(diǎn)發(fā)生跳變。

2諧振防治措施

2.1安裝消弧線圈

安裝消弧圈是預(yù)防系統(tǒng)發(fā)生諧振最有效的措施。消弧線圈屬于中性點(diǎn)接地設(shè)備，其感抗（百歐級）遠(yuǎn)小于TV感抗（兆歐級），所以不會產(chǎn)生諧振。另外，消弧線圈能快速、有效地補(bǔ)償接地故障電容電流、大幅降低弧光過電壓，避免引起TV鐵心飽和，同樣不易產(chǎn)生諧振。66kV變電站在10kV側(cè)每段母線上均采用接地變帶消弧線圈的方式;220kV變電站內(nèi)至少安裝1臺消弧線圈，主變?yōu)樾切徒泳€則直接在主變低壓側(cè)中性點(diǎn)安裝，主變?yōu)樾墙墙泳€則采用接地變帶接消弧線圈的方式，且能夠倒在任一母線運(yùn)行;至少在每段母線配出線路所帶66kV變電站內(nèi)安裝1臺消弧線圈，對雙回線變電站，應(yīng)可切換到任一線路運(yùn)行。

2.2TV開口三角安裝微機(jī)消諧裝置

系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振時，TV開口三角會出現(xiàn)零序電壓，微機(jī)消諧裝置對開口三角的零序電壓3U₀的頻率和幅值進(jìn)行測量和判別。如果判斷為諧振故障，則將可控硅導(dǎo)通，開口三角所接負(fù)載由數(shù)百千歐的高阻狀態(tài)轉(zhuǎn)入數(shù)毫歐的低阻狀態(tài)，消耗諧振的能量。諧振消除后，晶閘管自行截止，恢復(fù)到高阻狀態(tài)。微機(jī)消諧裝置具有消諧反應(yīng)快、安裝方便、具備電網(wǎng)諧振狀況的監(jiān)測能力等優(yōu)點(diǎn)。但是如果可控硅阻斷失靈，則開口三角持續(xù)處于短接狀態(tài)，當(dāng)三相電壓不平衡時TV相當(dāng)于工作在二次短路狀態(tài)，會造成TV燒損。所以必須確保微機(jī)消諧裝置可控硅在系統(tǒng)正常時保持阻斷、在鐵磁諧振時快速導(dǎo)通、在非諧振故障時不誤導(dǎo)通。

2.3TV高壓中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地

TV高壓中性點(diǎn)采用經(jīng)電阻接地方式，在系統(tǒng)單相接地時，電阻會限制中性點(diǎn)對地電壓，降低了非故障相TV一次繞組兩端電壓，使TV不易飽和，從而降低發(fā)生鐵磁諧振的幾率。與接入零序TV相比，經(jīng)電阻接地方式，TV開口三角繞組輸出電壓由于被中性點(diǎn)電阻分壓，阻值太小起不到降低非故障相TV一次繞組兩端電壓的作用，阻值太大則會影響接地指示裝置靈敏性。需綜合電阻器的阻值、熱容量和絕緣水平，避免設(shè)計參數(shù)選擇不當(dāng)，使電阻燒毀等。

2.4采用CVT

目前，35kV、66kV電壓等級的CVT已經(jīng)有成型產(chǎn)品，相對于電磁式產(chǎn)品，存在帶負(fù)載能力差、測量精度低、故障率高、造價高等缺點(diǎn)。但是對于500kV變電站的三次側(cè)，間隔出線少且都是站內(nèi)變、無功補(bǔ)償設(shè)備，設(shè)置接地變是不經(jīng)濟(jì)的，可以選用CVT。

3事故處理原則

第一，小電流接地系統(tǒng)發(fā)生設(shè)備跳閘、系統(tǒng)接地或TV二次電壓異常，應(yīng)首先檢查故障錄波器TV二次電壓幅值和周期或指針式電壓表指示是否正常、接地選線裝置動作情況，確認(rèn)電壓無問題后，方可到現(xiàn)場檢查故障設(shè)備。第二，諧振發(fā)生時，應(yīng)立即察看該母線上消諧裝置動作情況、通過故障錄波器或指針式電壓表實時監(jiān)視系統(tǒng)電壓。消除諧振最有效的方法是投入消弧線圈，也可以拉、合線路，退出、投入電容器組、電抗器組，投入母線上的備用主變壓器或所用變壓器等來嘗試破壞諧振。第三，不得采用人工在TV開口三角進(jìn)行短接或接負(fù)載的方式去消除諧振，因為諧振后，TV可能隨時出現(xiàn)一、二次絕緣擊穿而將過電壓引入二次裝置，造成人身傷害。

4結(jié)語

綜上，本文分析了某變電站66kV主二次TV爆炸的有關(guān)情況，并分析了諧振防治措施以及運(yùn)行值班人員處理注意事項，希望能夠促進(jìn)相關(guān)問題的有效解決。

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作者簡介：陳雪潔（1987.9-），女，寧夏彭陽人，西安科技大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化碩士，高級工程師，研究方向：電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行。