小電流接地系統諧振過電壓的原因分析

摘要：在小電流接地系統中，電磁式電壓互感器是非線性電感元件，而母線、線路對地呈容性。當電網對地容抗XC與TV感抗XL的比值處于易諧振區域內，同時系統中有雷擊、單相接地故障消失、斷線等狀態時，會激發鐵磁諧振。諧振可能一直存在直至某個設備閃絡或爆炸損壞，也可能突然自動消失，且諧振頻率可能發生跳轉。諧振發生時，電磁式TV鐵心嚴重飽和、勵磁電流大增，常導致過熱損壞或TV爆炸及系統短路事故。所以有必要對小電流接地系統諧振過電壓的原因進行分析，可供參考。

關鍵詞：小電流接地系統;諧振過電壓;原因;防治措施

1某220kV變電站66kV主二次TV爆炸

220kV1號主二次在66kV東母帶某一線、1號電容器、2號電容器運行，經66kV母聯在西母帶某線、某二線運行，2組電容器容量均為20Mvar，所帶系統無消弧線圈運行，接線如圖1。

1.1故障情況

01：21，1號、2號電容器斷路器同時跳閘，均為電容器過壓保護動作。當時為持續雷雨天氣。01：50，66kV母線三相電壓顯示C相接地。01：53，母差保護屏裝置異常，運行燈滅，將66kV母差保護屏退出運行。檢查發現繼電保護電壓并列屏電壓端子排燒損，計量電能表電壓端子排燒損。隨后進行接地檢除，根據所帶用戶變對地電壓表顯示，接地未消失，A相63kV、B相64kV、C相0kV，對地電壓表指示穩定。現場檢查66kV西母TVC相噴油，分析認為可能是西母TVC相內部故障造成接地，應先將故障TV隔離。04：34，將某線、某二線由西母改東母運行，拉開66kV1號母聯2250開關，將66kV西母及TV停電。04：44，主變主二次TVA、C相爆炸，1號主變差動保護動作，兩側開關跳閘。

1.2原因分析

雷雨天氣下，間歇性接地等原因激發系統鐵磁諧振、產生過電壓。過電壓持續時間達到電容器過壓保護定值后，1號、2號電容器過壓保護動作跳閘，但鐵磁諧振并未因2組電容器跳閘而消除。30min后諧振過電壓使西母TVC相一、二次繞組絕緣擊穿，造成電壓并列屏電壓端子排燒損、TV噴油及單相接地。由于西母TVC相接地，系統諧振消除，用戶變的三相對地電壓表指示穩定也證明諧振已經消失。但在將66kV西母負荷改東母運行、拉開母聯開關將66kV西母線及TV停電時，相當于用母聯開關切除單相接地故障，再次激發了主變主二次TV與系統對地電容的鐵磁諧振，由于1號主變主二次TV此前遭受諧振過電壓的影響，估計其內部已造成損傷。所以僅10min后，鐵磁諧振造成1號主變主二次A、C相TV爆炸，主變跳閘。該案例中，系統發生諧振故障時，2組電容器跳開后仍未破壞諧振，繼而拉開母聯開關將西母線及西母TV停電，相當于該站由2組TV并列運行變為1組TV運行，對地感抗約增大1倍，不但未避開鐵磁諧振，相反再次激只發了主變主二次TV與系統對地電容的鐵磁諧振，分析是諧振頻率點發生跳變。

2諧振防治措施

2.1安裝消弧線圈

安裝消弧圈是預防系統發生諧振最有效的措施。消弧線圈屬于中性點接地設備，其感抗（百歐級）遠小于TV感抗（兆歐級），所以不會產生諧振。另外，消弧線圈能快速、有效地補償接地故障電容電流、大幅降低弧光過電壓，避免引起TV鐵心飽和，同樣不易產生諧振。66kV變電站在10kV側每段母線上均采用接地變帶消弧線圈的方式;220kV變電站內至少安裝1臺消弧線圈，主變為星型接線則直接在主變低壓側中性點安裝，主變為星角接線則采用接地變帶接消弧線圈的方式，且能夠倒在任一母線運行;至少在每段母線配出線路所帶66kV變電站內安裝1臺消弧線圈，對雙回線變電站，應可切換到任一線路運行。

2.2TV開口三角安裝微機消諧裝置

系統發生鐵磁諧振時，TV開口三角會出現零序電壓，微機消諧裝置對開口三角的零序電壓3U₀的頻率和幅值進行測量和判別。如果判斷為諧振故障，則將可控硅導通，開口三角所接負載由數百千歐的高阻狀態轉入數毫歐的低阻狀態，消耗諧振的能量。諧振消除后，晶閘管自行截止，恢復到高阻狀態。微機消諧裝置具有消諧反應快、安裝方便、具備電網諧振狀況的監測能力等優點。但是如果可控硅阻斷失靈，則開口三角持續處于短接狀態，當三相電壓不平衡時TV相當于工作在二次短路狀態，會造成TV燒損。所以必須確保微機消諧裝置可控硅在系統正常時保持阻斷、在鐵磁諧振時快速導通、在非諧振故障時不誤導通。

2.3TV高壓中性點經電阻接地

TV高壓中性點采用經電阻接地方式，在系統單相接地時，電阻會限制中性點對地電壓，降低了非故障相TV一次繞組兩端電壓，使TV不易飽和，從而降低發生鐵磁諧振的幾率。與接入零序TV相比，經電阻接地方式，TV開口三角繞組輸出電壓由于被中性點電阻分壓，阻值太小起不到降低非故障相TV一次繞組兩端電壓的作用，阻值太大則會影響接地指示裝置靈敏性。需綜合電阻器的阻值、熱容量和絕緣水平，避免設計參數選擇不當，使電阻燒毀等。

2.4采用CVT

目前，35kV、66kV電壓等級的CVT已經有成型產品，相對于電磁式產品，存在帶負載能力差、測量精度低、故障率高、造價高等缺點。但是對于500kV變電站的三次側，間隔出線少且都是站內變、無功補償設備，設置接地變是不經濟的，可以選用CVT。

3事故處理原則

第一，小電流接地系統發生設備跳閘、系統接地或TV二次電壓異常，應首先檢查故障錄波器TV二次電壓幅值和周期或指針式電壓表指示是否正常、接地選線裝置動作情況，確認電壓無問題后，方可到現場檢查故障設備。第二，諧振發生時，應立即察看該母線上消諧裝置動作情況、通過故障錄波器或指針式電壓表實時監視系統電壓。消除諧振最有效的方法是投入消弧線圈，也可以拉、合線路，退出、投入電容器組、電抗器組，投入母線上的備用主變壓器或所用變壓器等來嘗試破壞諧振。第三，不得采用人工在TV開口三角進行短接或接負載的方式去消除諧振，因為諧振后，TV可能隨時出現一、二次絕緣擊穿而將過電壓引入二次裝置，造成人身傷害。

4結語

綜上，本文分析了某變電站66kV主二次TV爆炸的有關情況，并分析了諧振防治措施以及運行值班人員處理注意事項，希望能夠促進相關問題的有效解決。

參考文獻

[1]霍健，尹茂林.配電系統多重故障辨識及恢復策略研究[J].山東電力技術，2018.

[2]耿莉娜，鐘雅風，何伯男.基于66kV系統TV鐵磁諧振現象分析[J].東北電力技術，2013.

作者簡介：陳雪潔（1987.9-），女，寧夏彭陽人，西安科技大學電力系統及其自動化碩士，高級工程師，研究方向：電網調控運行。