一起大電流接地系統中鐵磁諧振發生的分析

孫 青 李 靜

（襄陽供電公司電力調度控制中心，湖北 襄陽 44100241002）

1 異常現象基本介紹

2012年6月20 日錢營變電所錢03開關更換工作結束后，用錢04開關對錢03開關充電時，錢110kV I段母線發生鐵磁諧振過電壓，導致錢110kV I段母線電壓顯示不正常。

1.1 異常前錢營變運行方式

錢110KV II段母線由主系統供電供錢#2主變帶錢營站全站負荷，錢03開關冷備用，錢04開關送電帶錢110kV I段空母線及互01PT，錢#1主變熱備用。其中錢04開關為少油（SW6型）斷路器，錢互01PT（錢110kV I段母線PT）為電磁式PT（JCC6-110型）。異常前錢營變的運行方式如下圖圖1所示。

圖1 錢營變110 KV側電網運行方式

1.2 異常經過

由于進行錢110kV母線分段開關錢03開關更換的工作，錢03開關更換完畢后，錢06開關送電供錢110kV II段母線負荷，錢04開關送電供錢110kV I段空母線，現在用錢04開關對錢03開關充電。在斷開錢04開關后，在電網數據采集與監控系統中發現錢110kV I段母線電壓異常（A相為98.5kV、B相為26.6kV、C相為98.9kV，3U0為95.2V，母線電壓107.9kV）。當時沒有意識到是諧振問題，派運行人員去檢查錢04開關的實際位置及錢110kV I段母線PT（互01PT）。當確認錢04開關確已斷開，互01PT檢查無異常后，才意識到可能是諧振問題。隨即斷開電源線路錢04開關的對側開關，錢110kV I段母線電壓恢復正常，由此判定這是一次比較典型的斷路器斷口均壓電容和電磁式電壓互感器串聯引起的諧振。

2 諧振現象分析

諧振發生后了解到錢04開關型號為SW6型斷路器，錢110kV I段母線PT為JCC6-110型電壓互感器。正好存在用少油斷路器（錢04開關）斷開帶電磁式PT空母線的情況，這是發生諧振的激發條件。變電所出現通過錢04開關的斷口均壓電容與錢110kV I段母線電壓互感器串聯的運行方式，這為發生鐵磁諧振創造了一個良好的諧振電路條件。開始時錢04開關在合位，當斷開錢04開關時，使母線電壓波動，回路出現擾動，激發出鐵磁諧振，出現了較高幅值的過電壓，即110kV I段母線相電壓A相為98.5kV、B相為26.6kV、C相為98.9kV。

少油斷路器每相設置兩個斷口，各斷口均裝設一只均壓電容器。當斷路器在分閘位置時，兩個斷口的均壓電容相當于串聯接線。由于大電流接地系統三相電路的對稱性，為了研究方便，我們將三相諧振電路圖等效為如下圖圖2的單相串聯諧振電路，設母線上接有電磁式電壓互感器，其電感為L1，與其并聯的相導體及母線對地電容為C0，斷路器斷口并聯的等效電容為C。當母線停電切除或恢復設備運行或其他運行方式中，只要出現斷路器斷口電容與電壓互感器形成串聯回路，同時母線對地電容C0（數值較小）與電壓互感器并聯后其伏安特性呈感性（假設其等值電感為L），當電源電壓出現的電壓擾動（如斷開錢04開關）使互感器鐵芯出現飽和以及動態等值電感的急劇下降到WL=1/WC時，就產生鐵磁諧振。以上錢營站母線電壓異常現象的出現就是由于電磁式電壓互感器在斷路器分閘時與斷路器并聯均壓電容及各種雜散電容形成串聯諧振電路，并在斷開錢04開關時激發出鐵磁諧振過電壓。

3 預防類似鐵磁諧振過電壓的措施

由于大電流接地系統中電源系統和互感器中性點均接地，各相的諧振回路基本上是獨立的，諧振可能在一相發生，也可能在兩相或三相發生，一般應采用的方法如下：

①禁止出現空母線帶電壓互感器的熱備用運行方式，且在運行操作時應避免出現斷口均壓電容與母線電壓互感器串聯情況。在進行向空母線充電的類似操作前，為避免發生鐵磁諧振，可采用以下兩種方案：

圖2 大電流接地系統中單相串聯諧振等效電路圖

方案一：可改變操作順序，即應先拉開電壓互感器刀閘，待母線充電良好后，再合上電壓互感器刀閘；母線停電時，應先拉開電壓互感器刀閘，再進行母線停電操作。

方案二：可以采取由對側開關帶上線路進行充電，以打破諧振的平衡，避免發生諧振。可采用用順24開關帶順泥線線路、泥110kV II段母線及其PT對泥01開關進行充電，打破發生諧振的條件，避免諧振的發生。其接線示意圖如下圖3：

圖3 泥嘴變110KV側電網運行方式

②采用電容式電壓互感器或增加母線電容量，根本上消除此種諧振的可能性。增加母線電容量可以提高發生鐵磁諧振的激發電壓，而實際運行中的變電站母線長度（電容）已經固定，不能單純為防止鐵磁諧振過電壓而增加其長度。增加母線電容量的另外一種方法是在母線上接一組耦合電容器來提高母線電容量。該方法只作為一種理論探討，實際中不如更換電壓互感器經濟、可行，而且現在電網中電磁式電壓互感器已逐步被更換為電容式電壓互感器。

③在諧振初期，當發現母線電壓突然升高時，迅速拉開電壓互感器刀閘，或迅速切斷電源回路的開關及一切可以打破諧振的便捷方法來消除諧振過電壓，避免設備受損。

4 結語

本文針對錢營變發生的諧振現象，利用諧振原理與知識，分析了此次諧振發生的原因，并對出現類似諧振過電壓給出了快速有效地處理方法及預制措施，以便工作中借鑒和運用，提高系統運行穩定性、安全性和可靠性。

[1]王世禎.電網調度運行技術主[M].沈陽：東北大學出版社，2000.