两起电压互感器发生铁磁谐振的防范措施

两起电压互感器发生铁磁谐振的防范措施

发表时间：2018-07-06T11:09:06.920Z 来源：《电力设备》2018年第8期作者：杜新泱朱海燕

[导读] 摘要：电力系统中存在着许多储能元件，当系统进行操作或发生故障时，变压器、互感器等含铁芯元件的非线性电感元件与系统中电容串联可能引起铁磁谐振，对电力系统安全运行构成危害。

（国网新疆阿克苏供电公司新疆阿克苏 843000）

摘要：电力系统中存在着许多储能元件，当系统进行操作或发生故障时，变压器、互感器等含铁芯元件的非线性电感元件与系统中电容串联可能引起铁磁谐振，对电力系统安全运行构成危害。在中性点不接地的非直接接地系统中，电磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压是常见的，是造成事故较多的一种内部过电压。这种过电压轻则使电压互感器一次熔丝熔断，重则烧毁电压互感器，甚至炸毁瓷绝缘子及避雷器造成系统停运。在一定的电源作用下会产生谐振现象，导致系统中出现严重的谐振过电压。

关键词：电力系统；电压互感器；铁磁谐振过电压

一、案例一

1）110千伏阿勒买勒变10千伏I母C相PT炸裂：

2018年4月5日10时35分库车运维班接调度通知110千伏阿勒买勒变10千伏I母C相电压消失，13时50分运维人员检查发现10千伏I母C 相电压消失，18时20分左右现场检修人员办理抢修手续后，进行现场检查，检查发现110千伏阿勒买勒变10千伏I母电压互感器C相本体开裂严重。

图1 开裂的电压互感器

询问调度故障前10千伏电压互感器炸裂前10千伏勒六线有接地现象。用录播分析软件分析10kV I母C相电压中二次谐波占17.89%，三次谐波占9.78%，见图2

图2 谐波分析图

综合判断该电压互感器炸裂为系统发生线路单相接地进而引起电磁谐振引起的。电压互感器为星型接线，这种接线与电力线路对地电容构成的谐振回路符合LC震荡电路条件，此时接地时，使电压互感器中性点发生偏移，产生位移电压，使得互感器产生激磁涌流，导致电压互感器铁芯饱和，从而使电压电流畸变，产生谐波。根据理论分析当线路对地电容或互感器电感偏大时会使谐振回路的自震频率降低，这种情况下产生的谐振过电压多属于份次谐波过电压。其产生的铁磁谐振导致电压互感器激磁电流增大可到额定电流的30至50倍，而过电压幅值可达到2.5至3.5额定电压以上，且持续时间较长，从而使电压互感器因热量积累导致电压互感器铁芯高热填充物喷出爆裂。

二、案例二

1）35千伏库木巴什10千伏 I母B相PT炸裂：

2018年4月11日15时10分阿克苏运维班接调度通知35千伏库木巴什10千伏 I母B相接地，拉开10千伏所有出线，接地仍未消失，供电所人员反映站内10千伏电压互感器出现冒烟现象，15时22分拉开1号主变1001断路器，将故障隔离后。18时10分左右现场检修人员办理抢修手续后，进行现场检查，检查发现35千伏库木巴什变10千伏I母PT B相本体中部炸裂严重、一次消谐器烧坏。

综合判断，拉开10千伏所有出线，接地仍未消失，电压互感器炸裂、一次消谐器烧坏排除站外线路接地原因，结合此次PT炸裂的故障现象及数次试验数据分析原因为10千伏母线B相电压互感器产生谐振，电压上升至顶峰，然后迅速下降。此段时间内10千伏母线B相电压互感器出现谐振，随着谐振产生通过该电压互感器的电流会相应增大造成互感器发热，而互感器本身为浇注式工艺，散热条件差，长时间发热造成互感器绝缘下降并开裂，绝缘击穿造成10千伏 B相母线接地，B相高压熔断器熔断，AC两相电压瞬间上升到10千伏，与线电压幅值大小一致。

三、防止铁磁谐振的措施

电网的不断发展使线路参数发生变化，电磁式电压互感器的大量使用，使电网产生铁磁谐振的可能性增大。所以，为了使电网安全可靠供电，必须采取有效措施防止铁磁谐振的发生。防止铁磁谐振的产生，应从改变供电系统电气参数着手，破坏回路中发生铁磁谐振的参数匹配。这样既可防止电压互感器发生磁饱和，又可预防电压互感器铁磁谐振过电压的产生。

1、改变电气参数

①装设继电保护设备

当电网发生单相接地故障时，为改变电压互感器的谐振参数，可通过装设一套继电保护设备来实现。该装置是利用单相接地时所产生

的较大谐振电流，启动电流继电器投入，将电压互感器二次侧开口三角处绕组短接。当故障排除后，保护装置恢复原状，电压互感器恢复正常运行。

②选用不易饱和的或三相五柱式电压互感器

10 kV系统中使用的电压互感器，应选用励磁感抗大于1.5 MΩ的电压互感器。

③减少电压互感器台数

在同一电网中，应尽量减少电压互感器的台数，尤其是限制中性点接地电压互感器的台数。如变电所的电压互感器，只作为测量仪表和保护用时，其中性点不允许接地。

④串接单相互感器

在三相电压互感器一次侧中性点串接单相互感器，使三相电压互感器等值电抗显著增大，以满足Xc0/Xm≤0.01的条件，可避免因深度饱和而引起的谐振。

⑤每相对地加装电容器

此法可使网络等值电容变小，网络等值电抗不能与之匹配，从而消除谐振。

⑥在中性点装设消弧线圈

在10 kV系统中发生谐振，且单相接地电流值较大或接近30 A时，可将中性点通过消弧线圈接地。

⑦投入备用线路

当系统中只有一组电压互感器投入的情况下，若供电线路总长度较短时，可投入部分备用线路，以增加分布电容来防止谐振的发生。

2、消耗谐振能量

①在TV开口三角形侧并联阻尼电阻

当电网运行正常时，电压互感器二次侧开口三角处绕组两端没有电压，或仅有极小的不对称电压。当电网发生单相接地故障时，由于此电阻阻值较小，故绕组两端近似于短接，起到了改变电压互感器参数的作用。这一措施不仅能防止电压互感器发生磁饱和，而且能有效地消耗谐振能量，防止产生谐振过电压。此方法常用在要求不太高的变电站，如消谐电阻采用电灯泡或电阻丝，当其损坏后将不会有消谐作用；当系统发生单相接地时，在开口三角侧将产生100 V的电压，而由于电灯泡或电阻丝的冷态电阻是较小的，这将在TV开口三角侧流过较大的电流引起TV损坏。

②在电压互感器一次侧中性点与地之间串接消谐电阻R0

此电阻可用以削弱或消除引起系统谐振的高次谐波。试验表明：当R0/Xm≥5.51×10－3时，即使系统发生单相接地故障，也不会激发分频铁磁谐振。但阻值太大，则会影响系统接地保护的灵敏度，R0的值应在0.0088～0.05Xm间选择。

四、结束语

由前面分析可知，当10 kV系统发生单相接地时，故障点流过电容电流，未接地的两相电压升高，对系统产生扰动，在这一瞬间电压突变过程中，TV高压线圈的非接地相的励磁电流就要突然增大，甚至饱和，由此构成相间串联谐振。饱和后的TV励磁电感变小，系统网络对地阻抗趋于感性，此时若系统网络的对地电感与对地电容相匹配，就形成共振回路，激发各种铁磁谐振过电压。尤其是分频铁磁谐振可导致相电压低频摆动，励磁感抗成倍下降，产生过电压，但此过电压达不到避雷器的动作电压17 kV，故母线避雷器并未动作。同时，感抗下降会使励磁回路严重饱和，励磁电流急剧加大，电流大大超过额定值，据试验，分频谐振的电流可达正常电流的240倍以上，导致铁芯剧烈振动。TV是在这样大的电流下运行，使本身的温度也迅速升高，当热量积累到一定程度，电磁式TV中大量绝缘纸、绝缘介质会受热气化，体积急速膨胀，而存放绝缘纸、绝缘介质的干式互感器内部空间有限，当压强积累到一定程度时便产生了TV炸裂。我们针对此问题及时采取了一些防止铁磁谐振的措施，选用不易饱和的并且励磁感抗大于1.5 MΩ的电压互感器，在电压互感器一次侧中性点与地之间串接消谐器。采取有力的防范措施后，保障了输变电设备供电的可靠性，从而有效的提高了整个电网的安全、可靠运行。

参考文献

[1] GB/T14549－93《电能质量公用电网谐波》.

[2]孙成宝主编，电气试验《供用电工人技师培训教材》.

[3]黎瑞明，王丽兰，电力设备的高压试验探讨，科技创新导，2011（04）.