關于10kV電壓互感器鐵磁諧振及消諧措施的探討

陸耀良

（平果供電公司 廣西百色 531400）

關于10kV電壓互感器鐵磁諧振及消諧措施的探討

陸耀良

（平果供電公司 廣西百色 531400）

本文主要對針10kV電壓互感器鐵磁諧振特點與機理進行分析，探討相應的消諧措施，根據(jù)實際情況選擇合適的消諧方式，確保電網(wǎng)可以安全正常的供電，從而保障用戶需求，為用戶提供安全有效的服務。

10kV；電壓互感器；鐵磁諧振；消諧

目前，10kV電力系統(tǒng)多采用不接地運行方式，這種運行方式在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，允許一定時間內帶故障運行（一般2h），因而提高了供電可靠性。但是由于電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)系統(tǒng)內部電阻、電容、電感的不斷變化，極易造成過電壓與鐵磁諧振，對于電磁式電壓互感器來說，會造成PT高壓熔絲熔斷，此種故障最為常見；嚴重者致使PT過熱燒毀與絕緣擊穿。由于10kV電力系統(tǒng)中目前很多采用的是電磁式電壓互感器，在遇到導線、母線的接地短路、雷電與大風時沒有及時采取解決措施，容易引起諧振，從而引發(fā)過電壓，導致電壓互感器被燒毀，這樣也就容易造成設備事故、停電事故等。因此需要相關人員深入分析，尋找消諧的措施，確保供電安全與可靠。

1 鐵磁諧振形成機理與特點

1.1 鐵磁諧振形成機理

在電力正常運行的過程中，TV的工作主要處在線性區(qū)域，且勵磁的感抗比較大，三相電基本保持平衡，在中性點的位移電壓比較小。如果在某些因素的擾動下，一旦系統(tǒng)單項的接地故障或者空載母線的突然合閘消失等，電力系統(tǒng)中就會產生三相不平衡的過電壓，電壓互感器中高壓的繞組磁就會出現(xiàn)飽和，而且飽和的程度存在差異，其中零序的回路從圖1（a）中可以看出，經(jīng)過簡化以后可以獲得圖1（b）。U0是零序的電壓，TV中三相并聯(lián)等值電感為L0，而3C0是線路對地的電容，回路損耗的電阻為R0。待3C0和L0滿足固定振蕩的頻率，會在系統(tǒng)中出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。一旦諧振形成，其諧振狀態(tài)能夠自動保持，過電流與過電壓會持續(xù)地存在，一直到新干擾改變諧振條件才能夠消除。

圖1 磁諧振回路與等值電路

1.2 鐵磁諧振特點

H.A.Peterson使用模擬試驗來研究鐵磁諧振，其中試驗結果從圖2中可以看出，Exg是相電壓的有效值，而XCD=l/（ωC0）為每相線路對地的容抗，從圖2中可以看出：

圖2 勵磁電感伏安特性的曲線與諧振的區(qū)域圖

（1）勵磁電感伏安的特性越好，證明鐵芯也就越不容易飽和，而且諧振區(qū)域也會向右邊移動，也就是諧振所需阻抗參數(shù)XCD/XLe值也就會越大。

（2）阻抗和諧振區(qū)域比XLe/XCD之間有著直接的關系：①在1/2次的諧波諧振部位，其抗阻比XCD/XLe大約是0.01～0.08。②在基頻諧振的區(qū)域，XCD/XLe大約在0.08～0.8之間。③在高頻諧振的區(qū)域，抗阻比XCD/XLe大約是0.6～3，而且線路對地的電容過小或是過大，都能夠脫離諧振的區(qū)域，從而不再出現(xiàn)諧振。

通過諧振區(qū)域劃分能夠準確判斷出鐵磁諧振特性，但由于鐵磁諧振影響的因素比較多，以上數(shù)據(jù)雖然可以在某些數(shù)據(jù)條件下進行相關試驗，并獲取試驗結果，這種結果只有參考的價值，無法用來準確判斷系統(tǒng)鐵磁諧振情況。此外，近些年來，很多學者在研究中發(fā)現(xiàn)，如果線路對地的電容加大，XCD/XLe就會超出諧振的區(qū)域，也就不會產生鐵磁的諧振。另外高頻諧振過電壓比較嚴重，已經(jīng)超過了設備絕緣的水平，但是高頻諧振產生線路長度的范圍比較小，不容易出現(xiàn)在實際的工程中。

2 10kV電壓互感器的鐵磁諧振消諧對策

2.1 降低同一中網(wǎng)絡并聯(lián)中TV的臺數(shù)

在同一個電網(wǎng)中并聯(lián)運行互感器的臺數(shù)逐漸增多，總伏安的特性就會變得比較差，電壓下勵磁感抗也會逐漸變小，導致TV趨近飽和，從而出現(xiàn)諧振。所以降低電網(wǎng)中電壓互感器的數(shù)量可降低諧振發(fā)生的概率，或者說電源側的絕緣監(jiān)視采用TV高壓側的中性點保持接地，而其他部位TV盡量不能接地的方式也可以降低發(fā)生諧振的概率。

2.2 選擇電容式電壓的互感器（CVT）

目前電容式電壓互感器的技術已經(jīng)達到較高水平，且運作維護比較容易、價格也比較低，因此現(xiàn)在在很多工業(yè)比較發(fā)達的國家，也越來越多的應用于電力系統(tǒng)當中。雖然CVT可以避免開關斷口和鐵心元件電容串聯(lián)系統(tǒng)鐵磁的諧振，但由于CVT內固有諧波諧振與鐵磁諧振的問題，在很大程度上會影響到CVT自身運行安全及保護測量精度與可靠性[2]。在10kV系統(tǒng)中，電容式電壓互感器的價格還是相對較高，在有限的費用下如何選型還是有待研究。

2.3 在TV一次側中性點串聯(lián)消諧器

將復合電阻的消諧器串接到TV一次側的中性點，可以達到抑制諧波、消耗能量與阻尼作用，這個方式也可以叫做一次消諧，其工作原理從圖3中可以看出。

圖3 TV中性點的加消諧器圖

經(jīng)研究可以表明隨R加大，諧振范圍也就會變小，如果電阻條件滿足R＞16%XLE時，能夠將鐵磁諧振徹底消除，其中XLE是TV單相的感抗。如果沒有連接消諧器，一旦系統(tǒng)C相出現(xiàn)單相接地，C系統(tǒng)與地相對的電壓Ucn等于0。

式中：UBO和UAO分別是Ab兩相對低電壓，UBC、UAC分別是BC與AC相間線電壓，而Uφ是正常系統(tǒng)中相電壓，這時候流經(jīng)AB兩相的高壓繞組電流是

2.4 TV一次側的中性點經(jīng)高阻抗的接地

在三臺單相的TV高壓側的中性點并經(jīng)一臺電壓互感器接地，這個方式也叫做4TV法。簡單的說，就是當有單相接地時，互感器中點對地有相電壓，而主PT仍處于正序對稱電壓之下，互感器電感并不改變，在零序回路中僅有單相電壓互感器一種磁化電感，從根本上破壞鐵磁諧振的條件。在地方有限的PT柜中，加裝一臺電壓互感器，比較吃力，此種方法最好是針對開關柜廠家在設計時就考慮在內，對于供電企業(yè)日后的維護就方便很多了。

2.5 在電壓互感器二次側加裝二次消諧器（阻尼電阻）

在電壓互感器二次側開口三角形繞組兩端接入阻尼電阻Ro，相當于在電壓互感器高壓側Yo結線繞組上并聯(lián)一個電阻，而這一電阻只有在電網(wǎng)有零序電壓時才出現(xiàn)，正常運行時，零序電壓繞組所接的Ro不會消耗能量。Ro值越小，在電壓互感器勵磁電感L上并聯(lián)電阻就越小，當Ro小于一定值時，網(wǎng)絡三相對地參數(shù)基本上由等值電阻決定，這時由電壓互感器飽和而引起電感的減小不會明顯引起電源中性點位移電壓。當Ro→0，即將開口三角形繞組短接，則電壓互感器三相電感值就變成漏感，三相相等，電壓互感器飽和過電壓也就不存在了。其局限性是阻尼電阻的容量就要求足夠大，當阻尼電阻太小，一方面電阻本身可能因過熱而燒壞，另一方面，電壓互感器也可能因電流過大而燒損。

2.6 在電壓互感器二次側加裝微機消諧裝置

在電壓互感器二次開口三角繞組加裝微機消諧裝置，當判斷為存在工頻位移過電壓或鐵磁諧振過電壓后，單片機就進行消諧程序，發(fā)出高頻脈沖群，使反并在開口三角形繞組兩端的兩只晶閘管交替過零觸發(fā)導通，將開口三角形繞組短接（若系統(tǒng)發(fā)生單相接地，則不起動消諧裝置），使電壓互感器飽和過電壓迅速消除。由于短接時間極短，故不會給電壓互感器帶來負擔。它的局限性是無法抑制低頻飽和電流，適用于電網(wǎng)較小、對地電容不大的場合。

2.7 加裝有源濾波器

有源電力濾波器，是采用現(xiàn)代電力電子技術和基于高速DSP器件的數(shù)字信號處理技術制成的新型電力諧波治理專用設備。它由指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路兩個主要部分組成。指令電流運算電路實時監(jiān)視線路中的電流，并將模擬電流信號轉換為數(shù)字信號，送入高速數(shù)字信號處理器（DSP）對信號進行處理，將諧波與基波分離，并以脈寬調制（PWM）信號形式向補償電流發(fā)生電路送出驅動脈沖，驅動IGBT或IPM功率模塊，生成與電網(wǎng)諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流注入電網(wǎng)，對諧波電流進行補償或抵消，主動消除電力諧波。但是價位相對高！

3 結語

綜上所述，在不接地的系統(tǒng)中，比較容易發(fā)生鐵磁諧振，而且故障的類型比較復雜，導致消諧措施選擇變成當下一個難題。因此要按照鐵磁諧振類型對激發(fā)的條件進行歸類，然后針對鐵磁諧振來制定相應措施，確保電力系統(tǒng)可以正常運行。同時，還要全方面分析現(xiàn)有消諧措施，對各種消諧措施局限性與優(yōu)點進行分析。首先盡可能選擇勵磁性比較好的TV，盡可能將并聯(lián)TV數(shù)量減少；其次將消諧器串聯(lián)到一次側的中性點上，同時選擇合適電阻，這樣不僅可以將鐵磁諧振的過電壓徹底消除，而且還能夠控制好分頻諧振的過電流，比較適合應用在對地電容比較大、容量較大電網(wǎng)中。

[1]張玲云.中性點不接地系統(tǒng)單相接地時10kV電壓互感器損壞原因分析[J].電子制作，2015，23（02）：46.

[2]李國輝.10kV電壓互感器高壓熔絲頻繁熔斷的故障分析及預控措施[J].中國新技術新產品，2013，15（19）：74～75.

[3]歐劍洪.淺談城市配網(wǎng)10kV系統(tǒng)的鐵磁諧振[J].科技資訊，2010（28）.

TM451

A

1004-7344（2016）01-0060-02

2015-11-27

陸耀良（1986-），男，助理工程師，本科，主要從事電力行業(yè)工作。