一起4TV防諧振電壓互感器不能消諧的原因分析

趙萍好 艾新法 艾曉雨

（河南省電力公司平頂山供電公司，河南 平頂山 467001）

1 概述

在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，電磁式電壓互感器發(fā)生鐵磁諧振的根本原因，在于鐵心在某些激發(fā)條件下飽和而使其感抗與線路對(duì)地電容的容抗相等所致。如果互感器一次繞組中性點(diǎn)不接地或經(jīng)高阻抗接地，則各相繞組跨接在電源的相間電壓上，不再與接地電容相并聯(lián)，因而TV不會(huì)發(fā)生中性點(diǎn)位移，也就不會(huì)產(chǎn)生諧振。因此采用了在電壓互感器高壓側(cè)中點(diǎn)經(jīng)一個(gè)單相電壓互感器接地的接線方式，稱作“4TV”防諧TV。

2 4TV電壓互感器消諧原理

2.1“4TV”接線原理

圖1 三相中性點(diǎn)經(jīng)單相電壓互感器接地接線圖

其原理圖如圖1所示。圖1中N1是3個(gè)單相電壓互感器，應(yīng)是全絕緣但按相壓設(shè)計(jì)的接地電壓互感器，本身有一個(gè)二次繞組（未畫出）和一個(gè)剩余電壓繞組，N4為一個(gè)獨(dú)立的單相電壓互感器，該互感器可以是全絕緣結(jié)構(gòu)，也可以是半絕緣結(jié)構(gòu)，一般有兩個(gè)線圈，一個(gè)是二次繞組N2，一個(gè)是剩余電壓繞組N3。因單相電壓互感器VT2工作時(shí)承受的是零序電壓，因此也稱零序電壓互感器。由于該互感器勵(lì)磁阻大，又具有普通電壓互感器的絕緣水平，因此可以近似看作N′是對(duì)地絕緣，即為不接地點(diǎn)。

2.2“4TV”接線消諧原理

“4TV”接線的消諧原理，簡(jiǎn)單的從穩(wěn)態(tài)分析，即當(dāng)單相接地時(shí)，互感器中點(diǎn)對(duì)地有相電壓產(chǎn)生，而主PT仍處于正序?qū)ΨQ電壓之下，互感器電感并不發(fā)生改變，在零序回路中僅有單相電壓互感器一種磁化電感，從根本上破壞了鐵磁諧振的條件。

在正常運(yùn)行時(shí)，三相電源對(duì)地電壓對(duì)稱，N′與N點(diǎn)對(duì)地均為0，即零序電壓互感器不承受電壓，其二次繞組沒(méi)有輸出電壓，YJ繼電器不會(huì)動(dòng)作。

在電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地時(shí),零序電壓互感器一次繞組上承受有電源的相電壓，而三相組互感器的一次繞組仍然承受網(wǎng)絡(luò)的對(duì)稱電壓，亦即與單相短路前并無(wú)變化。零序電壓互感器在相電壓下，其二次繞組則輸出電壓，啟動(dòng)繼電器YJ而報(bào)警。其短接的開口三角繞組N3無(wú)電流，而二次繞組N2照常輸出電壓，但電壓表（相電壓）卻在原相電壓疊加了零序電壓UN′O，短路相電壓表為0，其余兩相為二次線電壓（見圖2）。

圖2 單相短路三相組互感器一、二次電壓相量圖

由于單相接地后，三相電壓互感器所承受電壓與短路前不變，當(dāng)短路消失后，各繞組仍然是承受對(duì)稱電壓，因此，三相組電壓互感器的電感不變化，不存在飽和現(xiàn)象，也就不會(huì)發(fā)生諧振。另外，即使存在其他激發(fā)條件，但由于中性點(diǎn)不發(fā)生位移，也不會(huì)發(fā)生諧振。

3 4TV電壓互感器不能消諧原因分析

3.1 故障簡(jiǎn)介

某110kV變電站僅有1臺(tái)主變壓器。某日，綜自監(jiān)控后臺(tái)機(jī)報(bào)出：“35kVⅠ段母線接地”信號(hào)，接地選線裝置顯示為35kV某出線故障，母線各相對(duì)地電壓顯示很不穩(wěn)定，三相電壓輪換升、降（最高達(dá)到37.4kV），B相最低達(dá)到0.7kV。

運(yùn)行人員將故障情況向調(diào)度匯報(bào)，檢查站內(nèi)設(shè)備無(wú)異常，按調(diào)度命令選線查明接地故障線路，用戶轉(zhuǎn)移負(fù)荷以后，將接地故障線路斷路器斷開。與此同時(shí)，報(bào)出“35kV計(jì)量電壓斷線”、#1主變壓器“35kV電壓回路斷線”信號(hào)。檢查35kV母線各相電壓顯示為零，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)35kVⅠ段TV柜內(nèi)冒出濃煙，經(jīng)確認(rèn)高壓熔斷器均已熔斷后，將35kVⅠ段TV手車?yán)皆囼?yàn)位置。拉出手車以后，檢查35kVⅠ段B、C相TV殼體開裂并流出黑色粘液。

3.2 故障原因分析

35kVⅠ段母線TV由四只TV組成抗諧振接線，三相TV高壓側(cè)“N′”端子相互連接組成星形接線，再接零相TV的A端子。現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)由“N′”端至零相TV的鋁排對(duì)地有放電痕跡（見圖3），A、B相TV的二次接線盒內(nèi)二次接線燒斷3根，二次接線外絕緣燒熔（見圖4）。

圖3 由“N′”端子至零相TV的鋁排對(duì)地有放電痕跡

圖4 A相TV的二次接線盒內(nèi)二次接線燒斷，外絕緣燒熔

上述情況證明在發(fā)生單相接地故障的同時(shí)，有過(guò)電壓產(chǎn)生。過(guò)電壓則可能是由于間歇性弧光接地故障產(chǎn)生的，也可能是接地故障產(chǎn)生了諧振過(guò)電壓。由“N′”端子至零相TV的鋁排對(duì)地有放電痕跡，說(shuō)明在TV中性點(diǎn)產(chǎn)生的過(guò)電壓，可能高出相電壓很多。

專業(yè)人員對(duì)A相TV進(jìn)行試驗(yàn)，絕緣試驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)異常，但其伏安特性較差。TV的伏安特性不好，是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)引發(fā)諧振過(guò)電壓的主要因素之一。

根據(jù)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)的象征分析，三相對(duì)地電壓輪換升高、降低，說(shuō)明系統(tǒng)可能有弧光接地過(guò)電壓或諧振過(guò)電壓。B相對(duì)地電壓最低到0.7kV，各相電壓升高時(shí)僅達(dá)到37.4kV，雖然與發(fā)生弧光接地過(guò)電壓、諧振過(guò)電壓的特征不十分相符（過(guò)電壓時(shí)的電壓指示超過(guò)相電壓的1.5倍以上）。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的遙測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)測(cè)量數(shù)值超過(guò)額定值的120%時(shí)會(huì)“溢出”而不能顯示；因此，仍然可以分析判斷為系統(tǒng)有弧光接地過(guò)電壓或諧振過(guò)電壓。

弧光接地過(guò)電壓或諧振過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，TV勵(lì)磁電流劇增，繞組絕緣擊穿后短路，導(dǎo)致內(nèi)部過(guò)熱損壞。

手車式開關(guān)柜內(nèi)的TV，其一次中性點(diǎn)（N′）接地及二次繞組的接地電阻可能較大（經(jīng)手車的輪子接地），是過(guò)電壓燒壞TV的因素之一。

35kVⅠ段母線TV由4只TV組成抗諧振接線，為什么沒(méi)有防止出現(xiàn)諧振？如圖3所示，由“N′”端連接零相TV的鋁排，穿過(guò)鐵板與零相TV連接。該鋁排與穿孔直接相碰，鋁排上雖然有絕緣護(hù)套，但該護(hù)套僅屬于輔助性絕緣作用。在發(fā)生單相接地故障時(shí)，在“N′”端有21kV左右的高電壓，高電壓將絕緣護(hù)套擊穿，鋁排即對(duì)鐵板（地）放電，零相 TV被電弧短接而不能起到消除諧振過(guò)電壓的作用。因此，過(guò)電壓造成B、C相TV絕緣損壞。

3.3 預(yù)防和改進(jìn)措施

造成該4TV電壓互感器燒壞的主要原因有：

1）TV伏安特性不好，引發(fā)諧振過(guò)電壓。

2）手車式開關(guān)柜內(nèi)的TV，其一次中性點(diǎn)（N′）接地及二次繞組的接地電阻較大（經(jīng)手車的輪子接地），使接地時(shí)對(duì)地電壓高。

3）“N′”端子對(duì)地絕緣水平不夠，不能承受諧振時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓，零相 TV被電弧短接而不能起到消除諧振過(guò)電壓的作用。

4TV電壓互感器不能防止諧振的根本原因是：“N′”端子對(duì)地絕緣水平不夠，不能承受諧振時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓，零相 TV被電弧短接不能起到消除諧振過(guò)電壓的作用。

電力系統(tǒng)中，電壓互感器N′端子經(jīng)消諧器或其它方式接地的接線方式，如果不能保證N′端子對(duì)地絕緣水平，在發(fā)生單相弧光接地時(shí)，中性點(diǎn)產(chǎn)生的位移過(guò)電壓同樣會(huì)擊穿其絕緣，使 N′端子直接接地，不能起到消諧作用。

因此，根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司反事故措施要求：為保證4TV電壓互感器能夠有效防止諧振過(guò)電壓損壞，可采取以下措施：

選用勵(lì)磁特性飽和點(diǎn)較高的，在1.9Um電壓下，鐵心磁通不飽和的TV。

1）減小手車式開關(guān)柜內(nèi)TV一次中性點(diǎn)（N′）接地及二次繞組接地的接地電阻。在手車的接地部位裝軟銅辮，與接地體連接（螺栓壓接）；停電檢修時(shí)，需要將手車?yán)龉裢?，可以先拆開接地銅辮，再拉手車。

2）“N′”端到零序TV間連接導(dǎo)體的對(duì)地絕緣水平必須按照能承受電網(wǎng)線電壓的能力設(shè)計(jì)。制造廠應(yīng)規(guī)范“N”端連接零相TV的鋁排的接線工藝，加大鐵板穿孔的孔徑或加強(qiáng)穿孔處的絕緣強(qiáng)度，防止發(fā)生單相接地故障時(shí)使其擊穿。

3）4TV電壓互感器的TV絕緣水平應(yīng)全部采用全絕緣設(shè)計(jì)。

[1]劉新東.10～35kV配網(wǎng)鐵磁諧振過(guò)電壓的表現(xiàn)形式及消除措施[J].電工技術(shù)雜志, 2000(6): 45-46.

[2]周潔蓮,吳少珍.防止電壓互感器的鐵磁諧振過(guò)電壓的有效措施[J].高電壓技術(shù), 2001(7): 53-55.

[3]張軍.防止鐵磁諧振型電壓互感器.天津泰萊電氣設(shè)備有限公司, 2000.

[4]張健.中壓電網(wǎng)電壓互感器相關(guān)問(wèn)題及其抑制技術(shù)的研究[D].北京:華北電力大學(xué), 2006.