空投35 kV母線發生諧振現象原因分析及處理

沈 達

（紹興電力局，浙江 紹興 312000）

我國35 kV及以下配電網，大部分采用中性點不接地方式運行。其中運行著大量的電磁式電壓互感器（TV），這些器件具有非線性電磁特性，它們與系統內的容性元件在參數匹配時就會發生鐵磁諧振，產生極高的諧振過電壓。當這種過電壓發生時，由于互感器的鐵心飽和，導致其繞組的勵磁電流大大增加，嚴重時可達其額定勵磁電流的百倍以上。從而引起互感器高壓熔斷器熔斷、噴油、繞組燒毀甚至爆炸，嚴重威脅電網的安全運行。

目前，常用的消除鐵磁諧振的方法主要從兩方面著手，即改變電感電容參數和消耗諧振能量。如在TV二次側開口三角形側接入電阻，在TV一次中性點接入消諧電阻器或零序TV等。從電網的實際運行情況看，上述措施對消除鐵磁諧振確實起到了很好的效果，但在實際運行中鐵磁諧振過電壓還是時有發生。

1 220 kV澄潭變電站35 kV母線發生諧振實例

在220 kV澄潭變電站用2號主變35 kV開關對35 kVⅡ段母線（空母線）進行某次復役沖擊時，發現當地監控機顯示35 kVⅡ段母線A相電壓42.5 kV，B相電壓42.5 kV，C相電壓35.8 kV。同時發現2號主變35 kV穿墻套管處有較大放電聲，立即拉開2號主變35 kV開關后放電聲消失。當時根據上述現象初步判斷為在空母線送電時發生鐵磁諧振，后在35 kVⅡ段母線壓變開口三角處接1只1 kW電爐，再次送電時35 kVⅡ段母線電壓顯示正常，相關設備無明顯放電聲。

有運行人員提出疑問：35 kVⅡ段母線壓變柜上已裝有消諧裝置，按正常情況應不會產生諧振，且現場檢查裝置面板及查看事件菜單均無動作記錄及明顯異常。為解開這個疑團，應首先從諧振產生的原因及消諧裝置動作的原理兩方面來分析。

2 發生鐵磁諧振過電壓的原因分析

在中性點不接地系統中，由于接地保護的需要，三相TV的中性點是直接接地的，因此TV與電網線路對地電容并聯而形成諧振回路。電磁式TV的電感是非線性的，在正常運行時，TV的感抗XL遠大于電網對地電容的容抗XC，即XL與XC不會形成諧振，但由于某些原因，使TV的電感量發生變化，如果XL與XC匹配合適則將產生諧振。

母線TV電網實際接線見圖1?？紤]到系統導線的阻抗較TV的激磁阻抗小得多，而且系統的相間電容及負載與此現象關系不大，以上影響均可以忽略不計。這樣圖1可用圖2所示等值電路來表示。在L和C0并聯的電路里有一個特點：當電壓較低時，TV鐵心尚未飽和，ωL＞1/ωC0，XL＞XC0，IC＞IL（電容電流大于電感電流）， 此時相當于一個等值電容C；當電壓突然升高，由于鐵心飽和，使XL下降，達到一定程度時。會使XL＜XC0，即電感電流大于電容電流（IL＞IC），此時，相當于一個等值電感L。

圖1 TV的接線

圖2 電磁式TV引起鐵磁諧振過電壓等值電路

正常運行時，TV鐵心不飽和，所以并聯支路處于容性狀態。若令LA=LB=LC=L0，則并列后的各相導納 YA，YB，YC相等，即 YA=YB=YC=jωC+（1/jωL0）， 因而不會出現中性點不穩定現象，即中性點電位與地電位是重合的。

上面提到的35 kV母線發生諧振的實例就是因為開關沖擊空母線時，鐵心電感受到“激發”而呈現不同程度的飽和，從而破壞了三相電路的對稱性，即YA≠YB≠YC，因此中性點位移必然出現。

3 母線壓變消諧裝置拒動原因分析

運行的消諧裝置型號為WNXⅢ-60/B，對該裝置進行了試驗檢查：工頻、高頻動作電壓為150 V左右，1/2，1/3分頻動作電壓為30 V左右，1/5，1/7，1/10分頻動作電壓為20 V左右，表明裝置動作情況正常。

對主變故障錄波器動作情況進行分標時發現35 kVⅡ段母線 A相電壓有效值為125 V左右（峰值175 V左右），B相電壓值與A相基本相同，C相電壓有效值為103 V左右，開口三角電壓有效為200 V左右（峰值250 V左右），且以上各電壓相位相差不超過50°。其中A，B相電壓為28°左右，經計算所得故障時35 kVⅡ段母線AB相線電壓為60 V左右。35 kV消諧裝置工作電源設計為接35 kV保護、測量組電壓的A，B相電壓（正常電壓為100 V）。消諧裝置電源要求允許變化范圍100±10 V。

根據以上情況分析：消諧器不動作原因是由于35 kVⅡ段母線 AB相線電壓在發生諧振時為60 V左右，低于消諧裝置工作電源90～110 V的要求，AB相線電壓不能提供消諧裝置正常工作電壓，至使消諧裝置不能正常動作。

4 預防與整改措施

（1）由于對母線送電的瞬間交流電壓極不穩定，電網發生接地、諧振等故障時瞬間交流系統的暫態干擾，均會影響交流電壓值。因此，消諧裝置工作電源如果從TV二次側取得交流100 V或者從站用電系統取得交流220 V均不合理，應選用直流電源供電。

（2）對相同類型接線方式的消諧裝置進行全面排查，統一設計整改，并聯系廠家將裝置電源更換成直流電源，徹底消除隱患。

（3）為了避免空母線合閘時諧振的發生，可采取事先投入某些線路或站用變壓器等措施，但不宜投入電容器組，防止電壓有較大波動時空載變壓器與電容器構成諧振回路產生諧振過電壓。

（4）可更換伏安特性好的TV，使其工作點在伏安特性的線性部分，當有激發因素時鐵心不易飽和，難于激發諧振，能有效防止諧振的發生。

5 結語

通過對220 kV澄潭變電站35 kVⅡ段空母線進行復役沖擊時發生鐵磁諧振過電壓現象的分析，找出了諧振及消諧裝置為何拒動的主要原因。結合目前實際情況，提出了整改與預防措施。經過實際應用證明，在消諧裝置電源改由直流供電后，裝置動作可靠性大大提高，到目前為止未再發生類似拒動現象。

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