論電壓互感器因諧振損害的防治研究

尹莉欣，顧　魏

(1. 國網山西省電力公司太原供電公司，太原　030001；2. 國網上海市電力公司奉賢供電公司，上海　201400)

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論電壓互感器因諧振損害的防治研究

尹莉欣1，顧魏2

(1. 國網山西省電力公司太原供電公司，太原030001；2. 國網上海市電力公司奉賢供電公司，上海201400)

在小電流接地系統中，在母線側通常裝有高壓互感器，用于監測母線電壓，體現單相對地絕緣情況。當系統出現單相接地時，由于電壓下降，互感器內勵磁阻抗亦下降，如果此時電抗與電容正好匹配，即會產生諧振，易造成互感器熔斷器燒毀。甚至互感器損壞，威脅電力系統及受電設備的可靠運行，針對以上問題加以分析并提出解決方法。希望能夠提高供電可靠性及客戶電氣設備的健康運行水平。

電磁式電壓互感器； 鐵磁諧振； 消諧措施；供電可靠性

電壓互感器就是一個降壓變壓器，由一次繞組、二次繞組、鐵芯組成。工作時一次繞組接于一次電路中，二次繞組并聯儀表、繼電器的電壓線圈。由于儀表電壓線圈的阻抗大，所以二次繞組接近空載。根據繞組的同實現不同變比，即可應用于各類儀表電路中，從而實現弱電管理強電的功能，一次電壓很高，二次電壓仍很安全，大大提升了操作人員的人身安全可靠性，對設備安全也有效起到保護作用，所以在電力系統中得以廣泛應用。在小電流接地系統中電壓互感器一次繞組通常星形連接并且中性點直接接地，當系統發生單相接地時互感器激磁阻抗下降，當電抗與阻抗相匹配時就會產生諧振，極易發生諧振過電壓，使電壓互感器造成損壞，本文就針對互感器損壞的現象，分析原因并提出應對措施，希望能夠減少設備故障率，保障電氣設備可靠運行。

1　電磁式電壓互感器諧振產生原因

1.1實例展未

某市一座35 kV變電站在一次的10 kV出線單相接地故障發生后，B、C兩相電壓升高到了17.5 kV，告警顯示大約1 min后電壓互感高壓熔斷器熔斷，出線保護控制屏顯示“TV斷線”，三相電壓為零。該變電站位于山區，采用中性點不接地方式，進線主要為架空線路，全長22.7 km，出線采用電纜出線，對地存在分布電容。故障發生后，該站維護人員對線路進行了巡查，最后確認由于當日小雨并伴有大風，線路與樹枝觸碰，導致接地故障，繼而引發全線停電事件。隨后變電站值班人員在接調度指令后巡查配電設備，發現電壓互感器柜內有焦味，并冒出青煙，經現場確認為電壓互感器因諧振引起過電壓導致損壞。

1.2產生原因

該城市配電網主接線結構圖如圖1所示。B1和B2分別為110、220kV變壓器，TV為線路電壓互感器，C0為線路對地電容。

圖1　城市配電網主接線結構圖

三相等效電路圖如圖2所示。EA、EB、EC為三相電源，CA、CB、CC為三相對地電容。C0為中性點對地電容，LA、LB、LC為三相系統電抗，LTA、LTB、LTC為電壓互感器電感。

圖2　三相等效電路圖

2　事故發生后的判斷與分析

當用戶變電站內發生電壓互感器損壞事故后，客戶后臺監測系統會發現故障相電壓監測下降，而非故障相電壓則突然升高，從而發出報警信號，在通過電度表、電壓監測、零序電流檢測各參數確定為電壓互感器損壞后，應做如下處理：

(1)在確保人身安全的情況下，巡視高壓設備，并記錄故障情況。

(2)檢查變壓器電壓互感器柜，斷開互感器所帶二次負荷，并將互感器斷開，切斷與母線聯絡，搖出小車，查看其三相高壓熔斷管的損壞情況，切除故障點。

(3)經查看，如高壓熔斷管未熔斷，從而確定其高壓側未受損，則可在確保安全的情況下恢復正常使用。如高壓熔斷管己燒毀，則可能互感器絕緣己受損，雖然更換熔斷管但并不能馬上使用，需經過耐壓試驗，保證互感器絕緣良好，避免留下事故隱患。

3　電氣設備運行中消除諧振的措施

(1)在電壓互感器一次側中性點上串聯電阻或加裝消弧線圈，可采用固定補償方式和動態補償方式，固定補償方式是將消弧線圈設定在過補狀態，從而避免由于系統切除線路而引起的電容電流減小，產生諧振。但固定補償又無法適應系統負荷的變化，如線路投切，重合閘等易使中性點電壓偏移，引起過電壓，導致設備受損，故現在常以自動式消諧裝置取代。當電網運行正常時，自動消諧裝置退出運行，但發生單相接地時，該裝置自行投入相應數量的電容，以補償無功，熄滅電弧，方便，有效。同時增大中性點的對地阻尼值，從而達到限制短路電流的作用，但電阻值過大會造成電流過大燒壞中性點的絕緣，故通常采用幾十千歐為宜。

(2)合理調節電網運行方式，例如在進行母線操作時，適當加長出線長度，用以調節母線對地電容，使電網內電容與電感不易達到平衡，不符合諧振條件，從而減少電壓互感器的損壞機率。但由于現在城市配電網出線日益增多，配電網絡復雜多元化，所帶負荷也日趨復雜，如通過增加出線長度來調節電容，不但操作繁瑣，容易出現失誤，加大電網投入成本，而且不易實現。無法量化，不易找到平衡點，雖簡單易行但并不適用于生產實際。

(3)對電壓互感器的勵磁特性進行嚴格把關，盡可能降低互感器鐵芯正常運行工作點，現市場上己有互感器的更新產品，此類產品采用低磁密設計，在一次側的繞組和絕緣層之間加裝了電容屏蔽層。從而使鐵芯不易飽合，對較高電壓的耐受力明顯增強，減少符合諧振條件的機率，提高鐵磁諧振的穩定性，保障互感器的安全運行，減小暫態電流。同時能夠消除多余的磁能量，從而保證在中性點不接地系統中發生單相接地時電壓互感器不被間歇性短路電流破壞。

(4)充分利用變電站內母線電容器，現大部分變電站內己安裝有無功補償裝置，現已逐步由自動補償裝置取代，當電力系統中發生符合諧振條件或進行倒閘操作后電壓不穩時，將自動投入無功負荷，增大母線電容，使母線失去諧振條件，待電壓穩定后自動將無功裝置退出，避免過補償。

(5)利用零序電壓互感器，在零序電壓互感器的開口三角與二次保護裝置并聯，在發生單相接地短路時，開口三角處會流過零序電，作用于保護裝置動作，限制非故障相互感器電壓升高。即在原電壓互器的中性點串入單相零序電壓互感器。在系統發生單相接地故障時，零序電壓由零序電互感器負擔，從而使得非故障相電壓產生較小升高，互感器鐵芯不易飽合，不具備諧振條件。

(6)在客戶設備的保護配置當中，注重對負載的額定電流及短路電流的校核，同時兼顧電壓互感器的額定容量及單相接地時的最大短路電流。依此按照逐級匹配原則進行配置，保障保護線路后側發生短路時能快速有效的切除故障設備。

4　結語

電壓互感器是電氣回路中聯接一次二次設備的重要設施，由于互感器設備的特殊性，一次側中性點直接接地，二次側則有開口三角與保護裝置并聯，出現諧振過電壓時，避雷器不能有效保護其安全性。而且受電系統復雜，對地電感電容隨時發生變化，在具備諧振條件時，會使系統電壓升高，影響電氣設備可靠運行，但只要找對原因，具體分析根據上述各種措施或對現有施備進行改造，或新增自動調節設備，使電力系統的電容和電感不具備匹配條件，減小對電力設施的損壞條件。仍然需要在工作中不斷積累經驗，發現更加簡單易行又有效的手段方法，不斷總結經驗，來降低電壓互感器的損壞率，保障電力系統安全、穩定運行。

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(本文編輯：嚴加)

Prevention and control of Voltage Transformer Resonance Damage

YIN Li-xin1, GU Wei2

(1. Taiyuan Power Supply Company, Taiyuan 030001, China;2. State Grid Fengxian Power Supply Company, SMEPC, Shanghai 201400, China)

In the small current grounding system, the bus line is usually equipped with HV transformers for monitoring bus voltage to reflect the single-phase ground insulation status. When single-phase ground occurs, due to the voltage drop, the transformer magnetizing impedance also falls. The exact match between reactance and capacitance will cause resonance, easily leading to the transformer fuse burning, even transformer damage. This could endanger the reliability of power system and powered devices. This paper analyzes the above problems and proposes solutions, hoping to improve the reliability of power supply and stability of the operations of the electrical equipment for end users.

electromagnetic voltage transformer; ferromagnetic resonance; harmonic elimination measures; supply reliability

10.11973/dlyny201604008

尹莉欣(1977)，女，工程師，從事城市供電網絡用電監察工作。

TM451

B

2095-1256(2016)04-0442-03

2016-05-13