電壓互感器保護技術(shù)應(yīng)用研究

山西省晉城市晉煤集團供電分公司技術(shù)部 李志強

電壓互感器保護技術(shù)應(yīng)用研究

山西省晉城市晉煤集團供電分公司技術(shù)部 李志強

本文針對某35kV變電站PT經(jīng)常燒毀的原因進行了分析，并提出一些解決措施，并在現(xiàn)場成功實施，取得了良好的效果。

電壓互感器；涌流；PT保護

1 引言

晉煤集團某35KV變電站屬于中性點不接地系統(tǒng)，電源進線來自上級110kV變電站，35kV系統(tǒng)母線采用單母分段接線，母線PT采用電磁式電壓互感器，雷雨天氣，系統(tǒng)發(fā)生接地后，常發(fā)生由于接地造成的電壓互感器燒毀現(xiàn)象。對供電設(shè)備造成嚴重威脅，影響煤礦供電系統(tǒng)的安全。

電磁式電壓互感器具有非線性電磁特性，鐵心電感在磁路飽和的作用下激發(fā)鐵磁諧振，產(chǎn)生高頻、工頻、低頻諧振過電壓。當中性點不接地系統(tǒng)接地故障消失后，由于系統(tǒng)電容電流需通過電磁式電壓互感器釋放能量導(dǎo)致PT流過大能量涌流以及低頻振蕩電流。這些都可能造成電壓互感器熔斷器燒毀或者電壓互感器本身燒毀問題，嚴重危害電力系統(tǒng)的安全運行。

針對引起PT故障的原因，本文提出一種解決方案，在PT一次側(cè)的中性點通過碳化硅并聯(lián)真空開關(guān)接地、二次側(cè)通過控制器智能控制可控硅短路PT零序繞組激發(fā)補償勵磁阻抗，有效的保護PT的正常運行。

2 PT燒毀原因分析

2.1 涌流

對于中性點不接地系統(tǒng)，當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，故障點流過電容電流，未接地的兩相相電壓升高√3倍。但是，一旦接地故障點消除，非接地相在接地故障期間已充的線電壓電荷只能通過PT高壓線圈經(jīng)其自身的接地點流入大地，在這一瞬間電壓突變過程中，PT高壓線圈的非接地兩相的勵磁電流就要突然增大甚至飽和，導(dǎo)致健全相的PT燒毀及PT高壓限流熔斷器熔斷的事故發(fā)生，這也是在現(xiàn)行的電力系統(tǒng)中3-35KV的PT頻繁發(fā)生事故的主要原因。如圖1所示。

圖1

2.2 低頻振蕩

當系統(tǒng)發(fā)生單相接地，故障消失時，由于接地點的斷開，系統(tǒng)電容電流釋放通道被斷開。而PT中性點成為電荷釋放的唯一通道，PT的涌流導(dǎo)致PT嚴重飽和，從而使PT產(chǎn)生低頻振蕩。在低頻諧振時流過PT的電流最大，勵磁阻抗明顯降低，勵磁電流顯著升高，導(dǎo)致PT熔絲熔斷嚴重時導(dǎo)致PT燒毀。

2.3 其它原因

1)單只PT飽和特性合格，但三只PT飽和特性不匹配也會影響PT正常運行。三只PT不同混裝也是PT燒毀的原因之一。

2)打雷引起的雷電過電壓也易引起PT燒毀。

3 PT保護解決方案

1)選擇選線準確率高小電流選線裝置。系統(tǒng)發(fā)生單相接地后,如果不能及時選擇出接地線路，接地時間長，使PT長時間在接地狀態(tài)下運行過流發(fā)熱，導(dǎo)致保險斷、燒毀事故。因此可靠的選線裝置是保護PT的有效措施之一。

2)原有三只PT不是同一廠家，型號不同，調(diào)整原有PT為同一廠家生產(chǎn)；另外，提高PT飽和特性，應(yīng)選擇飽和點比較高的，防止接地時因相電壓上升到線電壓，普通電壓互感器飽和點過低而導(dǎo)致PT保險斷、PT燒毀的事故。

3)打雷引起PT保險斷、PT燒毀的現(xiàn)象。更換架空線路戶外避雷及進線柜避雷器，方波電流為800A /2ms，PT柜內(nèi)避雷器更換普通母線避雷器為大容量吸收器。大容量吸收器利用氧化鋅的物理特性，處理速度達到納秒級，局部限制單相接地、雷擊過電壓產(chǎn)品的危害，吸收能量大（3200A/2ms），吸收母線過電壓對PT的影響。

4)電壓互感器一次系統(tǒng)保護措施。電壓互感器中性點一次消諧器旁邊并聯(lián)一個真空開關(guān)進行接地，系統(tǒng)正常情況下，真空開關(guān)K閉合，旁路一次消諧器（SiC），中性點直接接地，中性點電壓不偏移，系統(tǒng)測量保護所需電壓正常，不會因中性點電壓偏移造成的測量和保護電壓不準確現(xiàn)象。系統(tǒng)發(fā)生接地或電壓互感器發(fā)生鐵磁諧振或時，電壓互感器中性點發(fā)生偏移，互感器開口三角產(chǎn)生零序電壓，互感器高壓繞組產(chǎn)生零序電流?？刂葡到y(tǒng)發(fā)出命令使真空開關(guān)斷開將一次消諧器投入，抑制系統(tǒng)產(chǎn)生的諧振，系統(tǒng)接地故障消失后，真空開關(guān)延時閉合，抑制高壓側(cè)繞組產(chǎn)生的涌流。如圖2所示。

圖2 電壓互感器一次系統(tǒng)保護措施

5)電壓互感器二次保護措施。電力系統(tǒng)中，由于電壓互感器的非線性電感與線路對地電容的匹配而引起鐵磁諧振過電壓，威脅電力系統(tǒng)的運行，嚴重時會引起電壓互感器（PT）的爆炸、熔斷器熔斷，造成事故。目前使用的二次消諧絕大多數(shù)是分頻消諧,這些裝置的原理均是采用模擬選頻的原理，功能單一，只對單一頻率的諧振有效。本項目采用全頻0-300HZ消諧。

全頻0-300HZ的二次消諧器將微機技術(shù)用于電網(wǎng)消諧，利用計算機快速、準確的數(shù)據(jù)處理能力實現(xiàn)傅立葉分析，其選頻準確。通過對PT三相電壓及開口三角電壓的采集，對電網(wǎng)諧振時的各種頻率成份能快速分析，準確地辨出是：單相接地、過渡過程、電網(wǎng)諧振。如果是諧振，根據(jù)不同頻率，計算機發(fā)出不同的指令使不同的消諧電路投入，實現(xiàn)快速消諧。工作過程是：若發(fā)生鐵磁諧振，電壓互感器飽和，高壓繞組將產(chǎn)生零序電流，二次側(cè)開口三角兩端感應(yīng)出零序電壓，控制器發(fā)出指令投入二次消諧電阻，產(chǎn)生零序電流進行二次消諧。實際應(yīng)用中，利用可控硅，在發(fā)生諧振時，由CPU采集數(shù)據(jù)，超過正常電壓值后使可控硅導(dǎo)通，使諧振瞬間消除。諧振消失后，可控硅又恢復(fù)阻斷狀態(tài)。如圖3所示。

圖3 電壓互感器二次系統(tǒng)保護措施

4 結(jié)語

上述提到的各種措施在晉煤某變電站進行了實施，經(jīng)過三年多的運行，尤其是經(jīng)歷了三個雷雨季節(jié)，運行狀態(tài)良好，未發(fā)生一次由于接地造成的PT燒毀現(xiàn)象。

[1]張津偉．電壓互感器鐵磁諧振原因分析及對策[J]．寧夏電力,2010．

[2]鄒永志．10KV-35KV系統(tǒng)電壓互感器因鐵磁諧振導(dǎo)致燒損的原因分析及應(yīng)對措施[J]．高新技術(shù),2010．