小電流接地系統鐵磁諧振與單相接地的特征及兩者辨識

沈潤 戴明 王志賀

摘 要：在電力系統中，存在著變壓器、電磁式電壓互感器、消弧線圈等感性設備，這些設備容易與線路電容之間形成鐵磁諧振，持續的鐵磁諧振將會嚴重影響電網安全運行。本文分別分析了小電流接地系統鐵磁諧振和單相接地的理論特征量，并根據兩者的特征得出兩者之間的顯性區別。最后運行經驗，給出一般性結論，指導變電運維人員在處理相關異常時，能準確判斷異常性質，減少誤操作。

關鍵詞：不接地系統；電磁式電壓互感器；單相接地；鐵磁諧振；特征與辨識

電力系統中存在的感性和容性元件讓系統有發生諧振的可能，諧振的時候通常會伴隨著過電壓和過電流現象，特別在10kV-35kV非直接接地系統中發生諧振的概率更高，嚴重影響了系統安全運行，諧振除了會危及設備的絕緣、引起設備過熱甚至燒毀，還會降低發輸變電的效率、干擾通信，對電力系統的安全運行構成嚴重威脅不利于設備安全穩定運行，降低了變供配電的可靠性。[1]

1 基頻鐵磁諧振特征

鐵磁諧振時，系統參數多、理論分析復雜，為了簡化分析，得出定性結論，將小電流接地系統接線圖直接簡化為圖1 的等效電路圖，以下根據相關理論知識著重分析基頻情況下的鐵磁諧振的特征。

文獻[2]分析了電壓互感器一相輕度飽和、兩相輕度飽和、一相嚴重飽和和兩相嚴重飽和四種情況下的系統電壓特性，并給出了電壓向量。如圖2所示此時如圖可見A相輕度飽和時，飽和相電壓UA升高，正常兩相電壓UB、UC降低。兩相輕度飽和時正常相電壓（UA）降低，飽和兩相電壓（UB和UC）升高。

一相或兩相嚴重飽和時根據ωL和ωC的數量關系不同，可能會產生圖3所示情況，據圖分析可以得到下列結論：

1）系統的A、B、C三相電壓都升高，其中的一相電壓超過正常運行時的線電壓；2）系統的A、B、C三相電壓都超過正常運行時的線電壓；3）一相電壓降低，不為零，且另外兩相電壓超過正常運行時線電壓；4）某相電壓降低但沒有降低到零，其余兩相電壓升高并相等。

2 單相接地特征

在小電流接地系統中，以A相接地為例，單相接地時中性點電壓為U·0=-U·A1+jωRdC0，式中Rd為接地電阻，C0為系統對地電容，U·A為電源A相電勢。單相接地分為金屬性接地和非金屬性接地，非金屬性接地時候，接地點存在過渡電阻，因此中性點電壓隨接地點過渡電阻變化，其相量圖如圖 4 所示軌跡變化，在發生單相接地故障后，中性點電壓相量的起點N在圖示的半圓上移動，從單相電壓數值上分析可以看出單相接地與輕度飽和諧振時存在相同點，但是多數場景下鐵磁諧振與單相接地存在明顯異常。

3 鐵磁諧振與單相接地辨識判據

由于鐵芯飽和程度不容易從現場現象上判斷，這就給運行值班人員的有效鑒別單相接地和鐵磁諧振帶來了一定的困難。因此需要根據以往運行經驗結合鐵芯發生飽和的開率，進一步總結提煉單相接地和鐵磁諧振的特征，從而為運行值班人員提供分析判斷的依據。

電力系統中10kV-35kV中性點非有效接地系統中發生單相接地故障時，由于不構成直接的短路回路，會在接地點流過電容電流，當發生金屬性接地，接地相的電壓為零，另外兩相電壓升高為線電壓。

鐵磁諧振一般包括基頻、分頻或者高頻；根據相關運行經驗，當通過電源向僅帶電壓互感器的空母線突然合閘送電的時候比較容易產生基頻諧振；而發生單相接地故障的時候比較容易產生分頻諧振；高頻諧振發生概率比較小。基頻諧振現象：兩相對地電壓升高，另外一相對地電壓降低，或者兩相對地電壓降低，另外一相對地電壓升高；分頻諧振特征：三相對地電壓同時或依此升高，電壓表指示在同范圍內低頻擺動。

4 結論

針對10kV-35kV中性點非有效接地系統單相接地與鐵磁諧振的問題，利用向量分析方法分別分析了基頻鐵磁諧振與單相接地故障的特征，最后根據相關運行經驗，總結了現實中常見的兩者之間辨識現場，以便具體工作中借鑒和運用。

參考文獻：

[1]楊秋霞.電力系統鐵磁諧振的數字仿真及小波分析[D].華北電力大學（北京），2001.

[2]齊鄭，董迪，楊以涵，等.中性點不接地系統鐵磁諧振與單相接地辨識技術[J].電力系統自動化，2010，34（1）：55-58，83.

作者簡介：沈潤（1989-），男，碩士，工程師，現從事變電運維管理工作。