達州電網110kV金山站10kV母線諧振現象分析

摘要：電網運行中，由于變壓器、電壓互感器等帶電感性質的設備與電網運行的電容容易形成并聯諧振或串聯諧振回路，發生諧振，使正常運行的電網電壓發生變化，對地電壓升高，最高時達Ue的2倍以上，設備承受較高的電壓，對電網的運行造成較大的影響，甚至破壞電網的穩定運行或損壞設備。根據多年運行工作實踐，特別是有代表性的110kV金山站10kV母線諧振頻發現象，造成電壓互感器高壓保險熔斷及電壓互感器損壞，主要分析了諧振的危害、產生原因，并對各種消除諧振的措施進行了論證，提出了切實可行的解決辦法。

關鍵詞：小電流接地系統；電壓互感器；分頻諧振

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）26-0117-03

110kV金山站是國網達州供電公司的一個負荷較重的變電站，2008年底投運以來，金山站10kV母線諧振較為頻繁，致使電壓互感器高、低壓保險熔斷多次，使正常運行的電網電壓發生變化，對地電壓升高，最高時達Ue的2倍以上，設備承受較高的電壓，受到較多的沖擊，增加了配網設備故障機率。根據我國長期實驗研究和實測結果表明，基波、高次諧波諧振過電壓很少超過3Uxg（系統最大相電壓），除非存在弱絕緣設備，一般是沒有危害的。但對分頻諧振來說，由于受到PT鐵芯嚴重飽和的限制，過電壓一般不超過2Uxg，但是勵磁電流急劇增加，可達到額定勵磁電流的幾十倍以上，引起高壓保險絲的熔斷，或者造成PT燒毀。下面就110kV金山站10kV母線諧振現象來分析產生諧振的原因，并根據自己的多年運行經驗、見解提出了一些消除諧振的辦法。

一、諧振現象

110kV金山變電站10kV 1、2段正常方式下聯絡運行、3段母線正常方式下分段運行。

現象一： 2009年12月21日20：12時10kV1號母線諧振，A、B、C三相電壓均在0.3～10.6kV左右低頻擺動，3U0值在100V～107V間波動。20：17時，953開關電流II、III段動作（重合閘未投），開關跳閘。20：28時，960出線1號柱上開關跳閘。20：55時，拉開954開關，諧振現象消失。經巡視發現，953路A相4號桿瓷瓶擊穿，其余設備無異常，當時天氣：晴天。

現象二：2010年8月5日19：05、19：13、19：21時金山站10kV1號母線連續3次發生諧振，A、B、C三相電壓均在0.3～10.6kV左右低頻擺動，3U0值在100V～107V間波動。調度令拉開分段912開關后，諧振消失。此次諧振使10kV1段母線電壓互感器二次保險熔斷。當時天氣：雷雨。

現象三：2011年7月5日19：05、19：13、19：21時金山站10kV2號母線連續3次發生諧振，A、B、C三相電壓均在0.3～10.6kV左右低頻擺動，3U0值在100V～107V間波動。調度令拉開分段912開關后，諧振消失。該次諧振使10kV2段母線電壓互感器二次保險熔斷、PT損壞（如圖1）。當時天氣：雷雨。

二、諧振原因分析

鐵磁諧振指由鐵芯線圈和電容組成的回路中，當電源的電壓或電流發生變化時，電路中的電流、電壓發生突變或不正常增大的現象。電力系統內一般的回路中出現ωL=1/ωC的情況時，這個回路就會出現諧振，感抗一般是由帶鐵芯的繞組產生的，鐵芯飽和時感抗會變小，在中性點不接地系統或小電流接地系統中極易發生并聯鐵磁諧振。并聯鐵磁諧振又稱電流鐵磁諧振，是指中性點不接地系統或小電流接地系統中，由于中性點地刀是拉開的，產生中性點位移電壓，的大小與鐵磁諧振回路三相對地阻抗—TV非線性電感L、系統對地電容CE是否平衡有關，可按節點電壓法求得：

式中、、為電源電壓的工頻分量；YA、YB、YC為相對地導納；Y0為中性點對地導納。

母線系統的對地電容3CE與母線電磁電壓互感器TV（一次中性點接地）的非線性電感L組成諧振回路，如圖2、圖3所示。

1.并聯諧振產生原理

（1）系統在穩定工作狀態下。電壓互感器工作于勵磁特性曲線的線性部分，即“L-C”并聯電路的工作點a點，電感L三相相等，故每相對地總阻抗相等，對地導納YA=YB=YC，又因，YN=0，故，三相對地電壓相等。由于1/ωCE<ωL，三相并聯支路均呈容性。

（2）系統在外部條件激發下。電壓瞬間升高，出現很大的勵磁涌流，使電壓互感器一次電流增大幾十倍，引起互感器鐵芯飽和，其電感急劇減小。但暫態過程中TV三相繞組因承受電壓不同，鐵芯飽和程度可能不同（電壓高的鐵芯愈飽和，電感L變小），于是三相電感也不相等，將可能引起一系列的異常情況：假定某相TV承受電壓高，鐵芯飽合，L下降變小，并聯回路的工作點由a點上升到b點跳躍至c點，于是該相對地導納呈感性，另兩相TV電壓低，呈容性，每相對地總阻抗不相等，也即YA≠YB≠YC，，且三相對地阻抗不平衡程度愈大，愈高，此時可能出現兩相對地電壓升高，一相對地電壓下降，或者一相對地電壓升高，兩相對地電壓降低。如果三相對地導納相互補償，YA+YB+YC=0，將出現最嚴重的位移電壓，并使系統三相對地電壓一齊升高。

如果為分次諧波或高次諧波，相對地電壓將由工頻分量（電源相電壓）及非工頻分量疊加而成，其值- ，三相對地電壓也將一齊升高。

通過以上簡單分析可以看出：在外界條件激發下，當TV的非線性電感L變化范圍足夠大，并聯鐵磁諧振就可能發生。換句話說，并聯鐵磁諧振是位移電壓引起的諧振。

發生諧振時，電壓互感器一次勵磁電流急劇增大，使高壓熔絲熔斷。如果電流未達到熔絲的熔斷值，但超過了電壓互感器額定電流，長時間處于過電流狀況下運行，必然造成電壓互感器燒毀。

2.并聯鐵磁諧振分類及現象

表1 并聯鐵磁諧振分類及現象

類型特點3Uo及現象

基頻諧振一相對地電壓降低、兩相對地電壓升高且超過線電壓，或兩相電壓降低、一相電壓升高超過線電壓>100V， 中性點移到三角形外

分頻諧振三相對地電壓依相序次輪流升高，并在1.2～1.4Up內低頻擺動，約每秒一次>100V或<100V，中性點在三角形內

高頻諧振三相對地電壓一起升高，遠超過線電壓>100V，中性點移到三角形外

3.根據互感器勵磁特性算出系統中PT感抗

三、消除諧振的措施

為了限制和消除分頻鐵磁諧振過電壓，三元件方式通常采用二次消諧和一次消諧這兩種消諧方式。前者通過在電壓互感器二次開口三角繞組上加裝消諧器（阻尼電阻）的方式來實現消諧，后者通過在電壓互感器一次星形點與接地之間串接阻尼電阻的方式來實現。

下面根據實際情況提出一些消諧措施。

選擇勵磁特性較好的PT或電容式PT。這種方法的優點是：引進新設備，改變了系統參數，從根本上消除了諧振條件；不浪費原有的PT，可用在別的不諧振區。

在電磁式PT開口三角繞組加裝阻尼電阻（6～10kV接入220V、200的燈泡），此方法容易實現，但鎢絲發熱時阻值變大，使其分頻諧振失去消諧作用。

投入消弧線圈，改變接地參數，破壞諧振條件。自動調諧原理的接地補償裝置，在系統中性點位移時，補償電感電流，打破諧振條件。并能利用微機控制器實現自動跟蹤和總動調諧，能夠準確地計算、判斷、發出指令自動進行調整。

在PT一次繞組中性點或開口三角繞組裝設消諧器。此種方法簡單，投資少，我局多數110kV變電站均安裝，但作用是否到位，還得在實踐中檢驗。

四、結論

金山站10kV母線諧振原因為母線PT勵磁特性差，當受到外部激發（雷電沖擊、一相斷線、單相接地等）時，使鐵芯飽和，引起電流、電壓波形畸變，產生諧振，引起分頻諧振過電壓。

現在我局已將母線PT更換為電容式，并更換一臺站用變為接地變，之后僅在2013年接地變故障停用期間10kV母線出現一次諧振，諧振現象明顯減少。

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（責任編輯：王祝萍）