小電流接地系統(tǒng)鐵磁諧振與單相接地的特征及兩者辨識(shí)

沈潤(rùn) 戴明 王志賀

摘 要：在電力系統(tǒng)中，存在著變壓器、電磁式電壓互感器、消弧線(xiàn)圈等感性設(shè)備，這些設(shè)備容易與線(xiàn)路電容之間形成鐵磁諧振，持續(xù)的鐵磁諧振將會(huì)嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。本文分別分析了小電流接地系統(tǒng)鐵磁諧振和單相接地的理論特征量，并根據(jù)兩者的特征得出兩者之間的顯性區(qū)別。最后運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，給出一般性結(jié)論，指導(dǎo)變電運(yùn)維人員在處理相關(guān)異常時(shí)，能準(zhǔn)確判斷異常性質(zhì)，減少誤操作。

關(guān)鍵詞：不接地系統(tǒng)；電磁式電壓互感器；單相接地；鐵磁諧振；特征與辨識(shí)

電力系統(tǒng)中存在的感性和容性元件讓系統(tǒng)有發(fā)生諧振的可能，諧振的時(shí)候通常會(huì)伴隨著過(guò)電壓和過(guò)電流現(xiàn)象，特別在10kV-35kV非直接接地系統(tǒng)中發(fā)生諧振的概率更高，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)安全運(yùn)行，諧振除了會(huì)危及設(shè)備的絕緣、引起設(shè)備過(guò)熱甚至燒毀，還會(huì)降低發(fā)輸變電的效率、干擾通信，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅不利于設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，降低了變供配電的可靠性。[1]

1 基頻鐵磁諧振特征

鐵磁諧振時(shí)，系統(tǒng)參數(shù)多、理論分析復(fù)雜，為了簡(jiǎn)化分析，得出定性結(jié)論，將小電流接地系統(tǒng)接線(xiàn)圖直接簡(jiǎn)化為圖1 的等效電路圖，以下根據(jù)相關(guān)理論知識(shí)著重分析基頻情況下的鐵磁諧振的特征。

文獻(xiàn)[2]分析了電壓互感器一相輕度飽和、兩相輕度飽和、一相嚴(yán)重飽和和兩相嚴(yán)重飽和四種情況下的系統(tǒng)電壓特性，并給出了電壓向量。如圖2所示此時(shí)如圖可見(jiàn)A相輕度飽和時(shí)，飽和相電壓UA升高，正常兩相電壓UB、UC降低。兩相輕度飽和時(shí)正常相電壓（UA）降低，飽和兩相電壓（UB和UC）升高。

一相或兩相嚴(yán)重飽和時(shí)根據(jù)ωL和ωC的數(shù)量關(guān)系不同，可能會(huì)產(chǎn)生圖3所示情況，據(jù)圖分析可以得到下列結(jié)論：

1）系統(tǒng)的A、B、C三相電壓都升高，其中的一相電壓超過(guò)正常運(yùn)行時(shí)的線(xiàn)電壓；2）系統(tǒng)的A、B、C三相電壓都超過(guò)正常運(yùn)行時(shí)的線(xiàn)電壓；3）一相電壓降低，不為零，且另外兩相電壓超過(guò)正常運(yùn)行時(shí)線(xiàn)電壓；4）某相電壓降低但沒(méi)有降低到零，其余兩相電壓升高并相等。

2 單相接地特征

在小電流接地系統(tǒng)中，以A相接地為例，單相接地時(shí)中性點(diǎn)電壓為U·0=-U·A1+jωRdC0，式中Rd為接地電阻，C0為系統(tǒng)對(duì)地電容，U·A為電源A相電勢(shì)。單相接地分為金屬性接地和非金屬性接地，非金屬性接地時(shí)候，接地點(diǎn)存在過(guò)渡電阻，因此中性點(diǎn)電壓隨接地點(diǎn)過(guò)渡電阻變化，其相量圖如圖 4 所示軌跡變化，在發(fā)生單相接地故障后，中性點(diǎn)電壓相量的起點(diǎn)N在圖示的半圓上移動(dòng)，從單相電壓數(shù)值上分析可以看出單相接地與輕度飽和諧振時(shí)存在相同點(diǎn)，但是多數(shù)場(chǎng)景下鐵磁諧振與單相接地存在明顯異常。

3 鐵磁諧振與單相接地辨識(shí)判據(jù)

由于鐵芯飽和程度不容易從現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)象上判斷，這就給運(yùn)行值班人員的有效鑒別單相接地和鐵磁諧振帶來(lái)了一定的困難。因此需要根據(jù)以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)結(jié)合鐵芯發(fā)生飽和的開(kāi)率，進(jìn)一步總結(jié)提煉單相接地和鐵磁諧振的特征，從而為運(yùn)行值班人員提供分析判斷的依據(jù)。

電力系統(tǒng)中10kV-35kV中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于不構(gòu)成直接的短路回路，會(huì)在接地點(diǎn)流過(guò)電容電流，當(dāng)發(fā)生金屬性接地，接地相的電壓為零，另外兩相電壓升高為線(xiàn)電壓。

鐵磁諧振一般包括基頻、分頻或者高頻；根據(jù)相關(guān)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)通過(guò)電源向僅帶電壓互感器的空母線(xiàn)突然合閘送電的時(shí)候比較容易產(chǎn)生基頻諧振；而發(fā)生單相接地故障的時(shí)候比較容易產(chǎn)生分頻諧振；高頻諧振發(fā)生概率比較小?；l諧振現(xiàn)象：兩相對(duì)地電壓升高，另外一相對(duì)地電壓降低，或者兩相對(duì)地電壓降低，另外一相對(duì)地電壓升高；分頻諧振特征：三相對(duì)地電壓同時(shí)或依此升高，電壓表指示在同范圍內(nèi)低頻擺動(dòng)。

4 結(jié)論

針對(duì)10kV-35kV中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)單相接地與鐵磁諧振的問(wèn)題，利用向量分析方法分別分析了基頻鐵磁諧振與單相接地故障的特征，最后根據(jù)相關(guān)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了現(xiàn)實(shí)中常見(jiàn)的兩者之間辨識(shí)現(xiàn)場(chǎng)，以便具體工作中借鑒和運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊秋霞.電力系統(tǒng)鐵磁諧振的數(shù)字仿真及小波分析[D].華北電力大學(xué)（北京），2001.

[2]齊鄭，董迪，楊以涵，等.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)鐵磁諧振與單相接地辨識(shí)技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34（1）：55-58，83.

作者簡(jiǎn)介：沈潤(rùn)（1989-），男，碩士，工程師，現(xiàn)從事變電運(yùn)維管理工作。