基于实例的110kV变电站10kV电压互感器谐振分析及应对措施探讨

2017-02-08 15:57:55 大云网　点击量：评论 (0)

110kV变电站10kV侧中性点不接地情况下，其电压互感器会在特定外部条件诱发下，与该变电站下辖配网的电容元件发生铁磁谐振，形成长时间过电压，进而造成电网元件的大面积损坏。文章首先依托某实际案例阐述了谐振的

110kV变电站10kV侧中性点不接地情况下，其电压互感器会在特定外部条件诱发下，与该变电站下辖配网的电容元件发生铁磁谐振，形成长时间过电压，进而造成电网元件的大面积损坏。文章首先依托某实际案例阐述了谐振的表象与分类，其次就谐振形成机理作详细分析，并佐以实例说明，最后提出针对性措施。文章的研究层次清晰、内容详实，可作为提高电网运行水平的有效参考。

关键词：电网谐振；电压互感器；应对措施

1众所周知，单相接地故障占据了10kV配网故障的80%以上[1]，为了避免该类故障的停电影响，很多110kV变电所的10kV侧设为中性点不接地，并将10kV电压互感器置为“Y-0”配线。在这种情况下，PT的励磁感抗与电网对地电容组成L-C回路。当某种条件形成时，该L-C回路会发生振荡，使电网电压严重失衡、使相关设备面临绝缘击穿风险，并造成大面积停电。因此，预防电网谐振是非常必要的。

2电网谐振概述2.1 谐振表象

电网发生谐振的最主要表象就是三相电压严重异常以及中性点电压的大幅抬升。图1所示为以A变电站为例的谐振曲线。

图1A变电站刚出现谐振时的录波情况

2.2 谐振分类

仍以A变电站为例，其发生谐振的整个过程中，小电流选线装置报出多个谐振频率。一般来说，谐振是按频率分类的[2]。(1)分频谐振。其频率为工频的1/2、1/3、1/4等。特点：线电压基本不变，相电压升高，零序电压在100V附近。(2)高频谐振。其频率为工频的3、5、7倍等。特点：线电压不变，相电压周期摆动，零序电压100V以下。(3)基频谐振。PT异响严重，两相升高一相降低，零序电压150V以上，现“虚幻”接地假象。

3 谐振发生有两个条件：①系统运行在欠补态，即。其中，为电源角频率、L为系统电感、C为系统对地电容；②出现外加干扰，如不同期合闸、单相接地等等。

图2所示为110kV变的10kV侧等值电路。

图2110kV变电所的10kV侧等值电路

上图中，EA、EB、EC为电源侧电势，C0为各相对地电容，LA、LB、LC为10kV压变励磁电感。则中性点对地电压可由下式表示。

(1)

谐振发生前，电路的各相是对称的，有LA=LB=LC，进一步推出YA=YB=YC，而EA、EB、EC幅值相等相位互差120°角，因此UN为零。

当电网出现异常干扰时，会有相电压发生瞬间跃变，从而使流经该相的PT电流出现激增。而由于10kV压变为电磁型，其铁芯易趋饱和，电流增加的结果必然是PT的励磁电感减小，最终可能使YA、YB、YC中至少一个呈现感性，并导致YA+YB+YC=∑Y减小甚至接近0。这样，根据式(1)，∑Y的减小必然使UN急速上升，从而使故障发生扩散。

4 仍以A变电所为例。该变电所共有10kV出线13条，其中电缆总长5.438km，架空线总长131.916km。采用文献[3]的经验公式计算得到系统总电容电流约为11.1A，换算至容抗量值约，而10kV压变的励磁感抗为兆欧级，因此对A站来说，有。2015年9月初，该站辖区有一10kV线路多次发生间歇性单相接地，造成变电所的PT熔丝多次熔断，最后引发PT爆炸。原因剖析：发生单相接地时，电容电流会在电网和大地之间流动；当接地故障间歇消失，电容电流的流动通道就被切断，使得因故障产生的自由电荷呈几何级数级积累；而根据物理机制，这部分自由电荷一定会找绝缘薄弱处对地进行释放，而星接的PT一次绕组就符合这个条件，这也是谐振中PT容易损坏的主要原因。

5应对措施

根据上文分析，结合工作经验，提出以下建议：(1)尽量选用性能良好的抗谐振电磁式PT。(2)采取一次消谐措施。如在PT中性点与接地点之间串接消谐电阻、单相电压互感器等。(3)采取二次消谐措施。如在压变二次开口三角处接500W以下灯泡或并接微机消谐装置等。(4)定期在变电站进行电容电流测量(特别当网络发生重大变化后)，一旦电容电流值接近某种限值，应将中性点不接地改为经消弧线圈接地。(5)最大程度减少电网中电压互感器中性点接地数量。具体做法是，每个变电站保留1~2个接地点，用户配电室的压变不接地，采用V-V接线。

6小结

110kV变电站的10kV侧中性点采用不接地方式容易引发PT铁磁谐振，造成大面积设备损坏和停电，是电力运行的“一大威胁”。设计人员应结合电网实际，选用合理的接地方式、采取可靠的消谐措施；运维人员应密切关注电网电容电流的变化，制定应对电网谐振事故的紧急预案，做到有备而无患。

参考文献

[1]余宇红. 10kV电网铁磁谐振消谐仿真的研究［J］. 上海:供用电. 2009: 26（1）：22-24.

[2]束洪春. 中压电网铁磁谐振及TV高压保险熔断分析与抑制措施[J].北京: 中国电力. 2009: 42（1）：17-20.