110 kV少油開關與電壓互感器鐵磁諧振原因分析及解決方案

福建龍海市供電有限公司 吳文能

110 kV少油開關與電壓互感器鐵磁諧振原因分析及解決方案

福建龍海市供電有限公司 吳文能

一、鐵磁諧振

鐵磁諧振是由鐵芯電感元件（如變壓器、電壓互感器、電抗器、消弧線圈等）與系統的電容元件（如輸電線路、電容補償器等）形成共諧條件，激發持續的鐵磁諧振，使系統產生諧振過電壓。

電力系統的鐵磁諧振主要可分兩大類：一類是在66 kV及以下中性點絕緣的電網中，由于對地容抗與電磁式電壓互感器勵磁感抗的不利組合，在系統電壓大擾動（如遭雷擊、單相接地故障消失過程以及開關操作等）作用下而激發產生的鐵磁諧振現象；另一類是發生在220 kV（或110 kV）變電站空載母線上，當用220 kV、110 kV帶斷口均壓電容的主開關或母聯開關對帶電磁式電壓互感器的空母線充電過程中，或切除（含保護整組傳動聯跳）帶有電磁式電壓互感器的空母線時，操作暫態過程使連接在空母線上的電磁式電壓互感器組中的一相、兩相或三相激發產生的鐵磁諧振現象，即串聯諧振。簡單地講就是由高壓斷路器電容與母線電壓互感器的電感耦合產生諧振，由于諧振波僅局限于變電站空載母線范圍內，也被稱為變電站空母線諧振。本文所提變電站出現的鐵磁諧振就屬于空母線諧振。

二、某變電站110 kV母線鐵磁諧振產生的原因

1. 某110 kV變電站鐵磁諧振產生時設備條件。進行倒閘操作時，斷路器隔離開關與母線相連，引發斷路器均壓電容與母線上電磁式互感器耦合滿足諧振條件。該變電站110 kV少油開關斷口并聯電容器為1 800 pF，電壓互感器型號為JCC6-110的電磁式互感器。一次設備電氣接線如圖1所示，母線系統等值電路如圖2所示。

圖1 一次設備接線

圖2 母線系統等值電路

2. 某變電站鐵磁諧振產生的原因分析。根據變電站設備運行情況看，鐵磁諧振時設備的等效電路為簡單的R、C 和鐵芯電感L電路。

在簡單的R、C 和鐵芯電感L電路中，假設在正常運行條件下，其初始狀態是感抗大于容抗，即ωL ＞ （1/ωC），此時不具備線性諧振條件，回路保持穩定狀態。但當母線運行方式發生改變時，母線系統參數發生變化，當母線感抗與容抗接近或相等時，即ωL≈ 1/ωC時，即滿足了串聯諧振條件，在電感和電容兩端便形成過電壓，回路電流的相位和幅值突變，發生電磁諧振現象。諧振一旦形成，諧振狀態可能“自保持”，維持很長時間而不衰減，直到遇到新的干擾或系統參數變化，改變其諧振條件，才可能消除。

某變電站110 kV設備為內橋接線，根據變電站的運行情況看，只要出現110 kV少油開關為熱備用，主變為冷備用，電壓互感器為運行狀態，就會串聯諧振。即在此運行狀態下，少油開關均壓電容與電壓互感器形成了串聯諧振。在發生諧振時，電壓互感器一次勵磁電流急劇增大，電壓互感器長時間處于過電流狀況下運行，必然造成電壓互感器燒損。

三、常用的消諧方法

一般來講，消諧應從兩方面著手，即改變電感電容參數以破壞諧振條件和過吸收與消耗諧振能量以抑制諧振的產生，或使其受阻而消失。根據該變電站設備情況，可選擇以下兩種方法進行消諧。

1. 改用電容式電壓互感器（CVT），從根本上消除產生諧振的條件，但是電容式電壓互感器價格高、帶負載能力差。

2. 從運行操作方面去防止諧振的發生。注意倒閘操作中的操作步驟：先拉母線電壓互感器，以切斷電感L，再拉母聯斷路器；送電時順序相反。如220 kV、110 kV帶斷口均壓電容的主開關或母聯開關對帶電磁式電壓互感器的空母線充電時，為防止合上兩側刀閘后因斷開電容的耦合作用有可能與空母線電磁式電壓互感器產生串聯諧振，應先合上開關，后合電壓互感器刀閘。運行中注意監視備用母線的情況，發現異常，及時進行處理。如，在系統運行方式和倒閘操作過程中出現了開關斷口電容與空母線電磁式PT造成的串聯諧振，不管是合開關時出現的諧振過電壓，還是拉開關后出現的諧振過電壓，最直接有效的辦法是迅速拉開或合上主開關或母聯開關。如上述措施無法實現時，應迅速匯報調度，合上備用線路開關，改變系統參數。由于諧振時電壓互感器一次繞組電流很大，應禁止用刀閘切除電壓互感器的方法來消除諧振。

根據該變電站鐵磁諧振發生的具體情況，在I期設備投運初期，采用在操作順序上來避免諧振的發生，但為了防止人為疏忽，徹底解決諧振的發生，該變電站根據諧振產生的原因，于2005年由檢修部門將電磁式電壓互感器更換為電容式電壓互感器（型號TYD110/√3-0.02H 110 000/√3/100/√3 / 100 V ；高壓電容C10.02919 μF ；中壓電容 C20.06351 μF），改變回路參數，從而徹底解決了諧振的發生，確保了設備的可靠運行，現相關設備運行正常。

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