PT諧振的分析與抑制措施

趙嘉

摘 要：對湘鋼動力廠35 kV系統(tǒng)的PT爆炸事故進行了分析，指出事故的原因是系統(tǒng)單相接地導(dǎo)致PT飽和并引起諧振，分析發(fā)生諧振現(xiàn)象的多種原因，闡述了常用消諧方法及其優(yōu)缺點。

關(guān)鍵詞：PT諧振 諧振原因 參數(shù)消諧 二次消諧 一次消諧

中圖分類號：TM132 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0129-02

湖南湘潭鋼鐵公司動力廠35 kV系統(tǒng)在近幾年運行中，發(fā)生了三起PT爆炸事故，對系統(tǒng)的安全運行構(gòu)成極大威脅。對此，我們進行了現(xiàn)場調(diào)研，結(jié)合35 kV系統(tǒng)故障錄波圖，初步分析認(rèn)定這三起事故均為系統(tǒng)單相接地導(dǎo)致PT飽并引起諧振。

動力廠發(fā)生事故的35 kV系統(tǒng)，都是中性點不接地系統(tǒng)，裝有一次接線為Y0的電磁式電壓互感器（PT）由于PT一次線圈的X端接地，且鐵芯易飽和，易于產(chǎn)生兩種不利狀況：一是電網(wǎng)間歇性接地或接地消失時，電網(wǎng)對地電壓產(chǎn)生低頻自由分量，使X端接地的Y0接線電壓互感器深度飽和，一次線圈通過涌流，使PT熔絲熔斷甚至燒壞PT。二是在一定外界激發(fā)條件下，產(chǎn)生鐵磁諧振，諧振使得電網(wǎng)三相對地電壓波動，影響電網(wǎng)正常運行，嚴(yán)重時，使得絕緣設(shè)備損壞，造成電網(wǎng)事故。

經(jīng)過對各地區(qū)電網(wǎng)運行進行情況進行分析，發(fā)現(xiàn)PT鐵磁諧振是電力系統(tǒng)中發(fā)生較為頻繁且造成較多事故的一種內(nèi)過電壓。諧振過程可持續(xù)很長時間，幅值有高有低，且頻率各有不同如分頻、基頻、高頻等，有些過電壓并不高，但是由于頻率低，且諧振電流很大，對電網(wǎng)的安全運行有很大的危害。

1 PT諧振產(chǎn)生的原因分析

鐵磁諧振產(chǎn)生的條件有：ωL>1/ωC；激發(fā)因素。其中主要包括電網(wǎng)電壓沖擊、勵磁涌流、合閘相角、系統(tǒng)間歇性接地、電網(wǎng)頻率波動等。

系統(tǒng)產(chǎn)生鐵磁諧振的原理如圖1所示。

（1）首先對于中性點不接地系統(tǒng)，在某種情況下出現(xiàn)單相接地，故障點對地流過電容電流，不接地的兩相相電壓升高至線電壓。在間歇性接地時，一旦接地故障點消失，非接地相在接地故障期間已充的線電壓電荷只能通過PT高壓線圈并經(jīng)其接地點流入大地，在這電壓突變瞬間，PT高壓線圈的非接地兩相的勵磁電流突然增大，使PT達到飽和，由于間歇性接地，非接地兩相的勵磁電流不斷激增，極易激發(fā)相間串聯(lián)諧振。

（2）合閘過程極易引起鐵磁諧振，合閘過程中因合閘瞬間的相位角不同極易產(chǎn)生操作過電壓引發(fā)諧振，斷路器在合閘操作過程中出現(xiàn)過電壓（如A相），則有可能使此相電壓互感器鐵心出現(xiàn)飽和，導(dǎo)致線圈參數(shù)變化（感抗變?。瑥亩谷嗟目傋杩钩霈F(xiàn)不平衡，使電壓互感器的中性點對地電壓發(fā)生偏移，導(dǎo)致諧振?；蛞蚝祥l過程中，因斷路器三相觸頭不同期，可能發(fā)生三相接通不同時，這樣就相當(dāng)于在觸頭間串聯(lián)上不等的電容，從而引發(fā)諧振。

（3）系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振。近些年來，由于配電線路調(diào)速電機、電子控制電焊機等設(shè)備的大量使用，使得供配電系統(tǒng)的電氣參數(shù)發(fā)生了很大的變化，使得在一定激發(fā)條件下，諧振極易出現(xiàn)。在電力系統(tǒng)諧振過程中，PT電流激增，此時除了造成一次側(cè)熔斷器熔斷外，還有可能導(dǎo)致PT燒毀。極個別情況下，還會引起PT閃絡(luò)或爆炸，直接影響到電網(wǎng)的正常運行。

2 PT諧振消除辦法分析

防止和消除諧振的主要措施有兩種方式：第一種是通過改變諧振參數(shù)，破壞諧振產(chǎn)生條件，從而避開諧振區(qū)域；第二種是接入阻尼電阻，增大回路的阻尼效應(yīng)。

現(xiàn)在現(xiàn)場常用第二種方法，即增大回路的阻尼作用，有兩種方式：其一是在二次側(cè)開口三角形兩端接消諧器；其二是在一次側(cè)中性點對地接消諧器的方法。

2.1 改變諧振參數(shù)消諧

（1）當(dāng)出現(xiàn)空母排諧振時，此時應(yīng)考慮增大母排電容或并聯(lián)電感，而不宜急于搖出PT小車，方法是投入一條空載線路（增加母排電容）或者空載的變壓器（并聯(lián)電感）來改變改變諧振參數(shù)，從而破壞諧振產(chǎn)生條件，可使三相電壓恢復(fù)平衡。

（2）變電站值班人員在恢復(fù)送電時，宜在確認(rèn)PT的小車實際位置后，如在分離位置，才對空母線送電，再將PT小車搖到位；如PT小車在合位，則將PT小車搖出后，再送電。應(yīng)嚴(yán)格按操作規(guī)程進行操作。

（3）檢修人員應(yīng)盡量將斷路器和PT小車三相同期性調(diào)整好。技術(shù)部門應(yīng)采用伏安特性較高、飽和遲鈍的PT或電容式PT，以改善技術(shù)性能，避開諧振區(qū)域，減少激發(fā)諧振過電壓的幾率。

2.2 PT二次消諧

（1）PT發(fā)生諧振時的電壓一般為相電壓的3倍，在開口三角處將會產(chǎn)生100～200 V電壓，因此，可在PT開口三角處并聯(lián)220 V/600 W/80電阻，消諧電阻功率不得大于PT極限容量的2.4倍，保證消諧電阻的安裝絕緣，防止PT二次側(cè)多點接地（或選用220 V/200 W燈泡），此種方案實施簡單，投資少，易于實現(xiàn)和改造。

（2）也可在PT零序回路中裝設(shè)二次微機消諧裝置。二次微電腦消諧裝置能夠很好的記錄諧振動作情況，并根據(jù)不同頻率的波形經(jīng)開口回路進行抑制，它有很多優(yōu)越的性能。但在個別情況下，當(dāng)發(fā)生電壓波形和幅值與單相接地時完全相同基頻諧振時，使微機消諧裝置無法正確判斷是單相接地還是基頻諧振從而無法正確投入動作，這是一般二次微電腦消諧器的缺點。

3 3PT一次消諧

根據(jù)查閱的資料和上級有關(guān)技術(shù)人員的建議，從以下三個方面進行考慮。

3.1 加裝消弧線圈

消除諧振的最好的辦法就是在10 kV或35 kV系統(tǒng)中加裝消弧線圈，使線路處于感性狀態(tài)，這將從根本上解決諧振問題。由于加裝消弧線圈費用較高，且一般在電纜線路中使用，系統(tǒng)運行規(guī)程中規(guī)定在10 kV系統(tǒng)中容性零序電流>10 A時或35 kV系統(tǒng)中容性零序電流>30 A時，就應(yīng)加裝消弧線圈。

3.2 經(jīng)壓敏電阻接地

電壓互感器高壓側(cè)繞組中性點通過電阻接地，如圖2所示。

顯然，Ro值越高，消諧效果就越好。當(dāng)一次側(cè)的中性點電阻Ro足夠大時，可有效限制PT繞組一次激磁涌流，從而避免電壓互感器鐵芯飽和，能有效地抑制和消除諧振。若Ro→∞，即中性點接近絕緣，諧振就不會發(fā)生。但由于互感器中性點絕緣一般僅為2 kV，長時間運行電壓不宜超過l kV。另外，還要考慮接地保護的靈敏度和絕緣保護的正確性，Ro值不宜選得過大。熱敏電阻（PTC）提供了一個理想的解決方案。在PT中性點接R=50K的熱敏電阻（PTC）接地。系統(tǒng)正常運行時，中性點電壓可忽略不計（基本為零）。一旦當(dāng)發(fā)生鐵磁諧振，PTC電阻迅速吸收諧振能量，導(dǎo)致溫度、電阻迅速增加，從而使流過中性點的電流變小，PT的飽和度下降，破壞了諧振產(chǎn)生的條件從而迅速消除了PT諧振，使系統(tǒng)恢復(fù)正常運行。在中性點接PTC消諧方式經(jīng)濟、簡單且實用。

3.3 加裝單相PT

在電壓互感器中性點接地回路中加裝單相PT，使得電壓互感器的等值感抗明顯增加，并可同時使用容量大且不易飽和的電壓互感器。此方法實際上是擴大電壓互感器的伏安特性曲線的線性區(qū)域，降低各種使電壓互感器飽和的幾率。具體方案見圖3。此類方案簡單，投資較少。

4 結(jié)語

總之，任何消諧方法都是以破壞諧振產(chǎn)生的條件，來抑制諧振的產(chǎn)生和發(fā)展最終達到消諧的目的。針對湘鋼動力廠35 kV PT事故提出改進意見，由于原采用PT二次微機消諧裝置，在線路單相接地時構(gòu)成相間串聯(lián)諧振時，消諧裝置啟動，短時短接開口三角繞組，由于短接電流較大，容易發(fā)生短接觸頭粘接等現(xiàn)象，造成開口三角短路，除了造成一次側(cè)熔斷器熔斷外，還可能導(dǎo)致PT燒毀，甚至相間短路。故建議可將原裝置短接觸頭容量加大或在PT開口三角處并聯(lián)220 V/600 W/80電阻（或選用220 V/200 W燈泡），此方案實施改造簡單，投資少，易于實現(xiàn)。

不論是加裝二次消諧電阻，還是加裝微電腦消諧器，都是在諧振發(fā)生后進行抑制和消除，且不能限制一次涌流。而一次消諧則是破壞諧振產(chǎn)生的條件，抑制諧振發(fā)生，它具有限制一次涌流和消除PT飽和諧振雙重功效。因此，要解決變電站諧振的問題，在經(jīng)濟容許的條件下，還是應(yīng)該重點考慮一次消諧的辦法。

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