一起铁磁谐振引起的PT故障原因分析

一起铁磁谐振引起的PT故障原因分析

发表时间：2016-12-19T14:03:54.613Z 来源：《电力设备》2016年第19期作者：刘宏领王维令张伟[导读] 结合一起铁磁谐振引起的PT故障事件，对铁磁谐振产生的原因、后果进行了深刻剖析。

（菏泽供电公司山东菏泽 274000）摘要：结合一起铁磁谐振引起的PT故障事件，对铁磁谐振产生的原因、后果进行了深刻剖析，提出了抑制铁磁谐振过电压的措施。

关键词：电磁式电压互感器；铁磁谐振；消谐 Abstract：Combined with the PT fault caused by ferromagnetic resonance，we analyze the causes，consequences of ferromagnetic resonance，and then we are proposed to suppress the ferromagnetic resonance over-voltage measures. Keywords：electromagnetic voltage transformer ferroresonance saturation elimination 0．引言

目前，我国电力系统变电站 10 ~35kV 母线上的电互感器绝大部分采用电磁式电压互感器，当电压互感器自身的感抗和系统对地电容达到一定的参数条件时，如架空线路对地间歇性电弧放电、系统电压不稳定等，就会发生铁磁谐振产生过电压和过电流，损坏设备造成事故。[1]

6～35kV 中性点不接地系统中，当母线空载或出线较少时，在运行时接地故障突然消除等原因的激发，会使电磁式电压互感器（以下简称 PT）过饱和，则可能产生铁磁谐振过电压。造成PT高压保险丝熔断，严重时会导致 PT 烧毁，继而引发其它事故。铁磁谐振过电压现象是导致电压互感器毁坏的主要原因之一，对电力系统的安全运行构成了极大的威胁，而电磁式互感器的非线性铁芯是产生谐振的根本原因。

1．故障前运行方式

图1 故障前运行方式

2013年10月21日16：04：48，某220kV变电站35kVII母差动保护出口动作，跳开300分段开关及302主变进线开关，龙北I线失电，负荷调至相邻110kV变电站龙北II线供电。故障前运行方式：#1、#2主变35kV侧分列运行，分别带35kVI、II段母线，35kVI段母线带#1站用变运行，II段母线带#2站用变、龙北I线运行。当天，检修试验人员进行了现场调查测试，查找故障原因。 2．现场检查及原因分析经现场检查，检修人员发现35kVII段PT爆裂，PT柜受损严重，母线室和电缆室间封板变形，后柜门和上封板受力打开，相邻#6出线柜和龙北I线柜电缆室侧柜门均有轻度变形。图2至图5为PT柜受损情况。

图2 内部线圈烧坏爆炸后的PT

图4 PT开关柜母线室变形

图6 #2主变低压侧波形图

从B相电压波形判断B相首先发生接地故障，A、C相电压升高，由电流波形判断B相接地后A、B相电流呈等大反向波形，说明A、B发生相间短路，之后发生三相短路。

图7为35kVII母差动录波报告，可见II母小差A相故障电流半个周波之后C相出现故障电流。

图7 35kVII母差动录波报告

综合分析所有故障信息，本次故障过程为：35kVII段母线运行，系统发生B相接地，A、C相电压升高，引发C相PT烧损，进而引起

A、B相相间短路，持续约1个周波后发展为三相短路。经过讨论，初步得出如下结论：

1、35kV母线保护动作行为正确，故障切除及时，最大限度降低了故障损失。

2、龙北I线线路发生B相接地是本次故障的直接诱因。

3、35kV开关柜II段母线电压互感器为电磁式电压互感器。系统发生了铁磁谐振，PT不能承受相间电压，引起发生设备烧损，进而发展成为相间故障，是本次事故的直接原因。

3．处理方案

试验人员对35kVII母线进行耐压试验，结果合格。线路运维人员巡线发现，龙北I线线路走廊有穿越小树林地段，并且有树枝灼烧痕迹，由于风摆作用，造成线路间隙放电，造成线路单相接地事故。检修人员对龙北I线开关进行试验，结果合格，将35kVII段PT退出运行，并联系设备厂家，并与技术人员进行了咨询，在PT 一次侧的中性点与地之间串接 L 型消谐器，并将35kVII母线恢复送电。

4．原因分析

电磁式电压互感器相等于一个带铁芯的电感元件，因为铁芯是非线性的，当系统受到某种扰动时，励磁电流发生变化，互感器的电感值发生变化，当电感L与回路中的电容C满足ωL=1/ωC时，谐振产生。 35kV开关柜II段母线电压互感器为电磁式电压互感器，系统发生间歇性弧光接地时，其励磁电流迅速增大引起铁芯饱和，产生饱和过电压，增大的励电流以及产生的过电压都将造成电压互感器的严重损坏。而电压互感器的铁磁谐振通常主要为基波共振和分频谐波共振。基波共振的特点是对应相的电压、电流都升高，但电压升高的坡度较大而电流升高的坡度不大，这种现象就会导致PT柜中的电压互感器内部绝缘破坏而烧毁；而分谐波共振的特点是各相电压、电流都升高，但电压升高坡度不大而电流升高坡度很大，一次电流达到电压互感器正常额定电流的40～80倍，有时甚至上百倍，这种现象就会导致PT柜中的电压互感器绕组发热，温度急剧升高而引起爆炸。由于PT不能承受相间电压，引起发生设备烧损，进而发展成为相间故障，导致了本次事故的发生。

图8 L性消谐器原理图

在中性点不接地系统中，其母线上的 Yo 接线的电磁式电压互感器（图8）一次绕组，成为中性点不接地电网对地的唯一金属通道，电网相对地电容的充、放电途径必然通过电压互感器一次绕组。系统某相接地时，该相直接与地接通，另两相对地也经电源电路成为良好的金属通道。因此，在接地时三相对地电容的充放电通道，不会经过PT高压绕组，从而在PT高压绕组中不会产生涌流因。在实际工作中，通过采用 PT 一次侧的中性点与地之间串接 L 型消谐器，这样就等价于每相对地接入电阻，能够起到消耗能量、阻尼和抑制谐波的作用。在线路单相接地时，由于中性点对地带有一定电位，故能相应减少非故障相PT绕组的电压，使PT的饱和程度降低，将高压绕组中的涌流抑制在很小的水平。加装L型消谐器后，消谐效果大大改善，更换后未在发生熔断器熔断或PT烧坏现象。 5．结论

新型的电压互感器，有些本身已带防铁磁谐振线圈，还有些为电容式电压互感器，这些都无需再加装消谐器。对于无防铁磁谐振线圈的这部分电压互感器，应该采取措施以抑制 PT 的涌流和谐振，防止事故的发生。在现场检修工作中，进一步加强设备维护及隐患排查，针对小接地电流系统PT易出现保险熔断、设备损坏的问题，联系专业技术人员，进一步分析，采取可行措施，降低设备故障几率。参考文献：

[1]陈化钢，张开贤，程玉兰.电力设备异常运行及事故处理[M].北京：中国水利水电出版社，1999. 作者简介：

刘宏领（1986-）男本科学历工程师主要从事变电检修工作。王维令（1986-）男研究生学历工程师主要从事变电检修工作。张伟（1986-）男研究生学历工程师主要从事变电检修工作。