10kV電磁式電壓互感器爆炸的解決方案要點

1、10kV電磁式電壓互感器爆炸的解決方案0引言電磁式電壓互感器(TV廣泛應用于各電壓等級的電力系統(tǒng)中。在 35kV及以下 的中壓配電網(wǎng)中，由于普遍采用中性點非有效接地方式，過電壓現(xiàn)象出現(xiàn)的概率比 較大。過電壓引起電氣設備絕緣的破壞，其中電磁式TV的熔斷器燒毀和爆炸事故是中壓電網(wǎng)中常見的由過電壓引起的電氣設備事故之一。因此研究這類問題對現(xiàn)場 設備的安全運行具有重要意義。本文將就某縣級供電企業(yè)2起TV爆炸事故的現(xiàn)象、原因、產(chǎn)生機理進行分析并提出了解決方案，還介紹了中性點非有效接地系統(tǒng) 中常見的過電壓類型。1事故現(xiàn)象2起TV爆炸事故發(fā)生在35kV和10kV變電站的10kV母線上。(135kV變電站A附

2、近有一大型造紙企業(yè)，負荷較重。為補償系統(tǒng)消耗的無 功，該變電站II段母線裝設了一套自動投切電容器。電容器分為 5組，每組 100kvar。每組自動投切電容器帶有 2個用于測量線電壓的干式電磁電壓互感器 (TV。實際運行中，第1組自動投切電容器連續(xù)發(fā)生TV爆炸現(xiàn)象。而其他4組 自動投切電容器的TV卻能夠正常運行。(210kV變電站B10kV母線互感器間隔內(nèi)裝有1臺三相五柱式TV, TV以星 型方式接入電網(wǎng)，中性點直接接地。在實際運行中，TV燒毀的現(xiàn)象時有發(fā)生。2爆炸原因分析2.1電磁式TV爆炸的原因理論分析和實際運行經(jīng)驗表明，TV爆炸和燒毀事故的直接原因是內(nèi)部過電流引起發(fā)熱所致。過電流的表現(xiàn)形式

3、有 2種： 由于諧振或其他原因，TV上承受的過電壓和過電流雖然幅值較小，但是 時間較長，大量電能作用在 TV上并轉(zhuǎn)化為熱能，使其長期發(fā)熱。當熱量積累到一定程度時，TV中大量絕緣紙、絕緣介質(zhì)會受熱而汽化，體積急速膨脹，而干式TV內(nèi)部空間有限，當壓強增加到一定程度時便發(fā)生爆炸。 由瞬間高幅值過電壓引起的過電流。幅值達到一定程度的過電壓會造成匝間短路而引起過電流。這種過電流一般幅值很大，會使TV中的絕緣介質(zhì)迅速汽化，因此由高幅值過電壓引起的爆炸更加猛烈。由以上分析可以看出，過電壓會引起過電流，過電壓和過電流在實際電網(wǎng)運 行中相伴而生。因此應該從電網(wǎng)中常見的過電壓類型中去尋找TV爆炸的根本原因。2.2

4、中壓電網(wǎng)常見的過電壓類型中壓電網(wǎng)的過電壓可分為外部過電壓和內(nèi)部過電壓。外部過電壓主要是由于 雷擊引起的，本文不作詳細敘述。內(nèi)部過電壓通常包括操作過電壓和諧振過電 壓。如當系統(tǒng)內(nèi)開關(guān)操作或電力系統(tǒng)出現(xiàn)事故時，電力系統(tǒng)將由一種穩(wěn)定狀態(tài)過 渡到另一種穩(wěn)定狀態(tài)。在此轉(zhuǎn)化過程中由于電力系統(tǒng)內(nèi)部電磁能量的振蕩、互換 及重新分布，就可能在某些設備上，甚至在整個電力系統(tǒng)中產(chǎn)生較大的過電壓。 又如當進行開關(guān)操作時，某些回路被分割開來，如果其參數(shù)滿足共振條件，則可能引起強烈的具有共振性質(zhì)的振蕩，并導致嚴重的過電壓。前者稱為操作過電 壓，后者稱為諧振過電壓。操作過電壓持續(xù)時間較短，幅值較高。此種過電壓可以分為4種：

5、 中性點不接地系統(tǒng)的弧光接地過電壓。 空載線路或電容性負荷的拉閘過電壓。 切除電感性負荷或空載變壓器的過電壓。 空載線路的合閘過電壓，特別是自動重合閘時的過電壓。諧振過電壓一般持續(xù)時間比較長，甚至可能長期存在。此種過電壓可分為2種： 系統(tǒng)參數(shù)為線性的線性諧振過電壓； 鐵磁諧振（非線性諧振過電壓，它是由于系統(tǒng)中變壓器、TV消弧線圈等鐵心電感的磁路飽和作用而激發(fā)引起的過電壓。2.3 A變電站TV爆炸的原因分析從A變電站現(xiàn)場接線來看，由于 TV接在AB和BC相間，沒有接在零序回路 里，所以不可能是諧振過電壓。TV只是為投切電容器服務，因此真空斷路器投切 電容器引起的操作過電壓應該是導致 TV爆炸的原

6、因。投切電容器時產(chǎn)生的過電壓有 2種，一種是電容器合閘時產(chǎn)生的過電壓，另 一種是切除電容器時由于開關(guān)發(fā)生重燃產(chǎn)生的過電壓。第1種過電壓產(chǎn)生的原因主要是由于電容器上的電壓不能突變所致。當合閘時系統(tǒng)電壓會迅速下降，引起 暫態(tài)振蕩，最后達到新的穩(wěn)定。此暫態(tài)過程產(chǎn)生的過電壓與合閘時間有關(guān)，但最高 不會超過2倍的系統(tǒng)電壓。第2種暫態(tài)過電壓是因為開關(guān)發(fā)生重燃時，電容器上 的初始電壓與系統(tǒng)電壓極性相反，從而在暫態(tài)過程中可能產(chǎn)生 3倍以上的過電 壓。這種過電壓對電容器的危害性更為嚴重。對于切除電容時的過電壓，又可以分為單相重燃和兩相重燃 2種情況。其中 兩相重燃引起的相間過電壓尤為嚴重，最大值可以達到 6倍系

7、統(tǒng)電壓以上。因此 在如此高的電壓之下相間TV發(fā)生爆炸就不足為怪了。2.4 B變電站TV燒毀的原因分析B變電站燒毀的TV是母線上用于測量相電壓的三相五柱式 TV,連接在零序回 路里。這種TV燒毀現(xiàn)象是由于鐵磁諧振引起的。如前所述，鐵磁諧振過電壓是一 種常見的非線性諧振過電壓。如果電感和電容的參數(shù)不匹配，則不會產(chǎn)生串聯(lián)諧振，電路中也不會出現(xiàn)過 電流。但是電感的參數(shù)是非線性的，當流過電感的電流過大，電感鐵心就會出現(xiàn) 飽和現(xiàn)象。電感一般工作在伏安特性曲線開始的線性部分，當遇到過電壓過電流時，運 行點則會沿著曲線上升到非線性部分。當運行點上升到電感伏安特性曲線與電容 伏安特性曲線相交處時，就會引起串聯(lián)諧

8、振。電路當發(fā)生串聯(lián)諧振時電感和電容 的組合等效于一根導線，電路中的電流在理論上為無限大，這就是簡單意義上的 鐵磁諧振。在中壓電網(wǎng)中，TV直接安裝在母線上。因電路為容性，TV會與互感器電感組 成零序回路。電力系統(tǒng)運行和實驗表明，當 TV的電感和線路對地電容匹配時，在一定的條 件下（如空載母線合閘、瞬時短路故障消失等，這些情況都可能引起TV鐵心飽和，便會產(chǎn)生不同頻率的鐵磁諧振。隨著線路長度的增加，依次會發(fā)生3倍頻諧 波諧振、基頻諧振、分頻諧振。TV是三相電器，所以它引起的鐵磁諧振是三相鐵 磁諧振。電力系統(tǒng)運行和物理仿真實驗表明，當電源向空載母線合閘時最容易出現(xiàn)3倍頻諧波諧振；有時當變電站的出線很短

9、時，也可能出現(xiàn) 3倍頻諧振。因負荷電流 引起的壓降很小，甚至沒有，所以電壓常常較高，其主要危害在于過電壓倍數(shù)較 高，往往引起主設備的絕緣被擊穿或 TV爆炸，后果十分嚴重。3倍頻諧振主要表 現(xiàn)為三相電壓同時升高?；ㄖC振通常表現(xiàn)為2相電壓升高，1相電壓降低。因基頻諧振和工頻電壓是 同頻率，比較容易從電源獲得能量，所以基頻諧振能產(chǎn)生很大的過電流，有時表 現(xiàn)得非常強烈，比較容易造成 TV爆炸。分頻諧振總是表現(xiàn)為2相電壓同時升高，它的主要危害也是產(chǎn)生過電流。分 頻諧振引起的過電流雖沒有基頻諧振過電流大，但也往往超過了TV的熱穩(wěn)定允許電流值，在長期分頻諧振作用下也可能燒毀 TV.3解決方案TV爆炸對配電

10、網(wǎng)的安全運行構(gòu)成重大威脅，爆炸飛濺物有可能損傷其他正在 運行的設備，甚至引起短路而造成停電事故，因此必須盡快解決。3.1由操作過電壓引起的事故對于由操作過電壓引起的TV爆炸事故，解決的根本辦法是提高斷路器的熄弧 能力，也可以采用限制電壓幅值的辦法。以下提供3種解決方案： 信息請登陸：輸配電設備網(wǎng)(1改善真空接觸器的開關(guān)特性。鑒于電容器自動投切裝置中其他4組電容器沒有發(fā)生過TV爆炸事故，可以認為優(yōu)良的開關(guān)特性能夠限制重燃過電壓的產(chǎn)生。 因此最簡便的解決措施就是更換開關(guān)特性優(yōu)良的真空接觸器。(2在事故電容器組上加裝避雷器。避雷器的持續(xù)運行電壓應按線電壓考慮， 同時為了提高對相間過電壓的保護能力，建

11、議采用帶串聯(lián)間隙的四星型氧化鋅避 雷器。(3對于A變電站爆炸的TV,由于其接在斷路器的電容側(cè)，可以采用將原來接 在線間的TV改為三相星型接法，中性點直接接地，然后在二次側(cè)串聯(lián)出原來需要 的線電壓的辦法來防止TV爆炸。這樣當斷路器斷開后，電容器上的殘余電荷將通 過星接的TV放電。由于TV的直流電阻很大(315kQ,過渡過程衰減較快，使斷 路器兩端最大恢復電壓降低，避免重燃或減小重燃后的過電壓幅值。3.2由鐵磁諧振引起的事故對于由鐵磁諧振引起的TV爆炸事故，解決途徑可以是改變運行操作方式，或 采用勵磁特性好的TV,甚至采用電容式TV。但是最可行的辦法還是限制 TV上的 過電壓，防止其進入飽和區(qū)。為

12、此可采用的手段有：在原來星接TV的中性點和地之間加入一個特殊設計的第 4TV,保證TV所承受的電壓不大于相電壓，同時改 變二次接線，以保證原TV的測量精度。這種方法造價低，可以解決大部分鐵磁諧 振問題。在系統(tǒng)中性點串聯(lián)消諧電抗器，破壞諧振條件。綜合考慮系統(tǒng)電容電流的大小，如果需要，可以加裝消弧線圈。消弧線圈可以徹底解決鐵磁諧振問 題，而且對于其他形式的過電壓都有很好的抑制作用。但是消弧線圈造價高，在 系統(tǒng)電容電流較小的情況下加裝消弧線圈是不經(jīng)濟的。4結(jié)束語經(jīng)過各個方面的比較，2個變電站分別采取了更換開關(guān)特性優(yōu)良的開關(guān)方案和 在原來星接TV的中性點與地之間加入一個特殊設計的第 4TV的方案，滿足

13、了各自 現(xiàn)場運行的需要。5參考文獻1 周澤存.高電壓技術(shù)北京：中國電力出版社，1988.2 解廣潤.電力系統(tǒng)過電壓.北京：水利電力出版社，1985.3杜斌,趙峰,高亞棟，等.10kV系統(tǒng)中切除并聯(lián)電容器時的重燃過電壓研究. 咼壓電器，4 黃秀清，張嵐先，嘉紅賢，等.真空斷路器操作過電壓的分析與限制措施.有 色設備,25 王川，杜世俊.帶串聯(lián)間隙四星型接法的 MOAJ.電磁避雷器，1995,電磁式電壓互感器電磁式電壓互感器的工作原理、構(gòu)造和連接方法都與變壓器相同。其主要區(qū)別 在于電壓互感器的容量很小，通常只有幾十到幾百伏安。電壓互感器與變壓器相比，其工作狀態(tài)有以下特點：1. 電壓互感器一次側(cè)的電

14、壓（即電網(wǎng)電壓），不受互感器二次側(cè)負荷的影響， 并且在大多數(shù)情況下，二次側(cè)負荷是恒定的。2. 電壓互感器二次側(cè)所接的負荷是測量儀表和繼電器的電壓線圈，它們的阻抗 很大，因此，電壓互感器的正常工作方式接近于空載狀態(tài)，必須指出，電壓互感器 一次側(cè)不允許短路，因為短路電流很大，會燒壞電壓互感器。電磁式電壓互感器的鐵磁諧振摘要：電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器都能滿足對電網(wǎng)的計量和保護 作用。從性價比分折此兩種互感器的優(yōu)劣，提出呈容性SF6絕緣電磁式電壓互感器為高壓電壓互感器的最佳選擇，呈容性樹脂絕緣電磁式電壓互感器為中壓電壓互感 器的最佳選擇之一。關(guān)鍵詞：電磁式 電容式 電壓互感器 電磁諧振 呈容

15、性的電磁式電壓互感器1電磁式電壓互感器（以下簡稱 PT）1.1原理一次、二次線圈通過鐵芯電磁感應，將高電壓變換成標準低電壓（100;100/3 ； V）,供計量及保護用。PT入端阻抗為電抗（感抗性質(zhì)）。電網(wǎng)的所有元件中，入端阻抗為容抗（XC性質(zhì)的有：輸電線對地電容；耦合 電容器；斷路器斷口的并聯(lián)電容及電容式電壓互感器（以下簡稱 CVT。入端阻抗 為感抗（XL）性質(zhì)的有：PT變壓器及電抗器。當電網(wǎng)正常操作（斷路器投切）出現(xiàn)的操作過電壓或大氣過電壓時，電網(wǎng)會因鐵磁諧振（電網(wǎng)中容抗與感抗相等）而燒毀電網(wǎng)的某些元件（例：PT）。由于變壓器和電抗器在工作電壓及過電壓時其產(chǎn)品處于鐵芯飽和狀態(tài)，產(chǎn)品的入端阻

16、抗值基 本不變，而PT在電網(wǎng)電壓改變時自身的感抗值可能會與電網(wǎng)的容抗值相等發(fā)生鐵 磁諧振燒毀PT。所以，在電網(wǎng)中所有的元件中，僅要求 PT應避免鐵磁諧振的發(fā) 生。1.2結(jié)構(gòu)按電壓等級不同，主絕緣介質(zhì)為：油紙絕緣；SF6氣體絕緣；環(huán)氧樹脂絕緣。1.3特點PT準確度不受外界因素（環(huán)境及運行溫度、電源頻率、環(huán)境污染）的影響， 其誤差值是穩(wěn)定的；一次與二次變換是瞬間發(fā)生的，無暫態(tài)響應問題（ PT為電抗 元件，不是儲能元件）；存在鐵磁諧振問題（PT的入端阻抗可能會因電網(wǎng)過電壓 使其與電網(wǎng)容抗相等）可能燒壞 PT02電容式電壓互感器2.1原理電網(wǎng)的一次高電壓經(jīng)電容分壓器抽取較低電壓值（例：1520kV,其

17、等值阻抗為容抗（XC性質(zhì)，與電磁單元（中間變壓器和補償電抗器）的阻抗為感抗性質(zhì)（XL）相等。即達到CVT的理想工作狀態(tài)（二次回路 XOXL）時，互感器內(nèi)阻最 小，CVT誤差隨負荷變化最??；CVT輸出容量最大，此時是CVT的正常工作狀態(tài)。2.2結(jié)構(gòu)按電容分壓器與電磁單元連接方式分為O1 疊裝式電容式電壓互感器：電容分 壓器疊裝在電磁單元之上，中間變壓器的一次高壓線由電容分壓器內(nèi)部引線到電磁 單元，中壓接線封閉在產(chǎn)品內(nèi)部。結(jié)構(gòu)緊湊。2分裝式電容式電壓互感器：電容分壓器和電磁單元分開安裝，電磁單元有外露套管與電容分壓器的中壓端子在外部 接線。電容分壓器為充油式電容器；電磁單元為變壓器油絕緣。2.4優(yōu)

18、點電容式電壓互感器是經(jīng)電容分壓器與電網(wǎng)連接，不存在非線性電感，與電網(wǎng) 不發(fā)生鐵磁諧振承受高電壓的電容分壓器內(nèi)部電場分布較均勻，具有耐受雷電沖擊能力強的 特點超高壓（ 500kV）電容式電壓互感器的價格比電磁式電壓互感器便宜，因 為，電容式電壓互感器隨電壓等級增加，其電磁單元基本不變，僅增加電容分壓器 的價格（增加電容分壓器節(jié)數(shù)的價格）。而電磁式電壓互感器隨電壓等級增加，其 絕緣結(jié)構(gòu)隨之復雜，使其價格按比例增加。可兼作耦合電容器使用，用于載波通訊（由于目前移動通訊成本很低，用電 容式電壓互感器作此用途己較少了）。2.5缺點：電容式電壓互感器內(nèi)部可能發(fā)生低頻諧振CVT內(nèi)部是由XC及XL組成，而XL

19、是非線性電感，當電網(wǎng)正常運行或/和出現(xiàn) 過電壓時，可能發(fā)生鐵磁諧振（此諧振不會波及到電網(wǎng)，僅會燒毀CVT為了限制 此過電壓，盡管在電磁單元內(nèi)的中間 變壓器高壓側(cè)加裝避雷器和阻尼器，但不能保 證能完全起作用。若避雷器動作后，必須停運更換避雷器。它不能根本消除鐵磁諧 振的發(fā)生。電源頻率影響互感器的誤差電容式電壓互感器工作原理是在電容分壓器抽取電壓后經(jīng)電磁變換后得到低電 壓。電容分壓器的電容量 C1、C2值是隨電網(wǎng)頻率f而改變。當電容量變化后，電 容式電壓互感器的理想工作狀態(tài)（XO XL即接近串聯(lián)諧振）發(fā)生變化，導致互感 器的誤差改變。電源頻率變化的標準為 50Hz土 1%寸，XC的變化可達土 2%

20、可見電 容式電壓互感器的誤差受頻率影響的程度。環(huán)境污染程度對誤差的影響環(huán)境（特殊氣候和污穢條件的污染情況會在電容分壓器的傘裙上形成分布的雜 散電容和泄漏電流，此分布電容直接與電容分壓器的C1、C2并聯(lián)，改變了電容式電壓互感器的XC值，從而對誤差產(chǎn)生影響。CVT運行時溫度對誤差的影響電容分壓器的絕緣介質(zhì)為聚苯烯薄膜和絕緣紙復合，絕緣介質(zhì)受溫度的改變使得電容溫度系數(shù)也變化，此影響到電容分壓器的C1及C2值變化。最終使得CVT誤差變化。疊裝式結(jié)構(gòu)的電容式電壓互感器，電容分壓器的C2值與電磁單元在一體內(nèi)，受電磁單元運行時溫度升高影響大于 C1。C1與C2電容值增加的比例不 同，抽取的電壓變化，因而誤差

21、變化。分裝式結(jié)構(gòu)的電容式電壓互感器，由于電容 分壓器與電磁單元是分體的，電磁單元的運行溫度不會對C2有影響。CVT “滯留電荷”現(xiàn)象對誤差的影響當電網(wǎng)正常操作停運被切斷，電荷可能滯留在線路上而未采取措施接地或放電 時，電網(wǎng)再次接入時電容分壓器的C2將重新充電-Up（C1/C2，并按電磁單元確 定的時間常數(shù)衰減，此電壓疊加在正弦波信號上，會對誤差造成很大的影響。疊裝式結(jié)構(gòu)的電容式電壓互感器不便于作監(jiān)督試驗電容分壓器的C2與電磁單元不能分開作試驗，其絕緣狀態(tài)在現(xiàn)場難判斷；中 壓連線在裝配時易產(chǎn)生與電磁單元之間閃絡放電；運輸必須整體，不能與電容分壓 器分開運輸。運輸較難，尤其是電壓等級越高越突出。分

22、裝式結(jié)構(gòu)的電容式電壓互 感器無此問題。CVT不宜做關(guān)口計量用電壓互感器由于溫度（環(huán)境及產(chǎn)品運行的溫升）；電源頻率；污穢條件（雜散電容和泄漏電流；“滯留電荷”等因素對電容式電壓互感器的誤差影響，而這些因素在產(chǎn)品 制造和運行中不可避免的，因此有些省局規(guī)定電容式電壓互感器不宜做關(guān)口點計 量。對此點，為說明問題，摘錄 “IEC60044-5:2002電容式電壓互感器”有關(guān)準確 度論述章節(jié):a9.8準確度試驗9.8.1 般要求：注2:目前的運行經(jīng)驗表明，CVT可以滿意 地作為0.5級使用。溫度的突變，特殊氣候和污穢條件，雜散電容和泄漏電流皆會 影響電壓誤差和相位差。這些僅用理論方法可計算的影響，對于準確

23、度較高的CVT極其重要。b10.6準確度檢驗注2: 01當CVT在其溫度和頻率的各參考范圍內(nèi)使用時， 用裕度考慮溫度和頻率所引起的誤差變化。允許值由溫度和頻率影響同時出現(xiàn)的最 不利情況來確定。裕度取決于電容器介質(zhì)的類型及其結(jié)構(gòu)。圖1的誤差圖中畫出了20%裕度。裕度由制造廠決定。O2如果是在完整的CVT上作準確度檢驗，要對溫 度和頻率的綜合影響而增加一些裕度。-1a1 tT仔j./1圖1用等效電路作準確度（1.0級）檢驗的誤差圖2.6產(chǎn)品絕緣性能的分析產(chǎn)品的高壓主絕緣由電容分壓器承擔。電容分壓器內(nèi)部的電場分布均勻，在制 造過種中保證電容器的清潔度是絕緣性能可靠的關(guān)鍵。產(chǎn)品內(nèi)部發(fā)生鐵磁諧振是對 運

24、行造成嚴重絕緣隱患。傳統(tǒng)的電磁單元為了防止鐵磁諧振過電壓，在中間變壓器的高壓側(cè)裝有避雷器，但仍不能完全保證將過電壓限制，在運行中時而燒壞產(chǎn)品。 有的廠家將改善中間 變壓器的設計，使中間變壓器本身的入端阻抗從感抗性質(zhì)改變 為容抗性質(zhì)。這樣，從電容式電壓互感器的等值電路可見，在過電壓因數(shù)不超過 1.5倍內(nèi)，電容分壓器的容抗與電磁單元的容抗不可能發(fā)生鐵磁諧振。這樣，產(chǎn)品 不會出現(xiàn)鐵磁諧振過電壓，在此種產(chǎn)品內(nèi)，己取消中間變壓器一次側(cè)的避雷器。2.7電容式電壓互感器準確度計量作為電壓互感器的基本性能之一，互感器的準確度必須保證。由于電容 式電壓互感器是從電容分壓器抽取一個中間電壓送入電磁單元，經(jīng)電磁變換

25、后降 到標準低電壓，供計量和保護用。它的工作狀態(tài)是容抗與感抗接近相等（串聯(lián)諧 振），此時產(chǎn)品的準確度最高、誤差隨負載變化最小，輸出容量最大。但是在運 行中，有多種因素影響從電容分壓器抽取的電壓值，因而互感器的輸出值改變， 也就是說，誤差偏離出廠值（己調(diào)整好的數(shù)值）。影響因素電容分壓器的電容值的因素：O 1電源頻率。O2電磁單元的溫升對 電容分壓器電容C1、C2的影響不同，造成抽取電壓變化。O 3環(huán)境污穢條件不同 對電容分壓器外絕緣套管的分布電容，使電容 C1、C2的影響不同，造成抽取電壓 變化。O4 “滯留電荷”現(xiàn)象對誤差的影響。因此，電容式電壓互感器不宜做關(guān)口 計量。3電磁式電壓互感器的鐵磁

26、諧振問題3.1鐵磁諧振機理3.1.1諧振引起的暫時過電壓諧振可能是線性的，也可能是非線性的。鐵磁諧振是屬于非線性諧振。非線性諧振時，其諧振頻率可能是電源頻率（基頻諧振）、或其分數(shù)（分次 諧波諧振）、或其一定的倍數(shù)（偶次或奇次諧波諧振）。在有大電容元件（如串聯(lián)補償電容器、電纜等）和具有非線性磁化的電感元 件（如變壓器、電磁式電壓互感器等）的回路內(nèi)，由于操作或負載突變，可能激 發(fā)起不同類型的非線性諧振過電壓，其持續(xù)時間與激發(fā)的起因、回路本身的特性 有關(guān)，或者是穩(wěn)定的，或僅持續(xù)一定時間。此類諧振過電壓可分為:基頻鐵磁諧振:01在中性點不接地系統(tǒng)中，當空載母線合閘或單相接地，且由于各相電磁式 電壓互感

27、器的飽和程度不同，可能產(chǎn)生基頻鐵磁諧振。O2帶空載母線或輕載 變壓器的線路中，非全相操作或斷線，形成電容與非線 性電感的串聯(lián)電路，且該回路總阻抗為容性時，過電壓將較高?；l鐵磁諧振過電壓通常被鐵芯飽和所限制。分次諧波諧振在串聯(lián)補償電容器、并聯(lián)電抗器的串聯(lián)回路和電磁式電壓互感器與母線對地 電容并聯(lián)回路內(nèi)，如作用電壓、回路參數(shù)（電容值、含鐵芯的電感線圈線性部分 的電感值、電阻值、飽和后的磁化特性等）滿足一定條件時，可因操作而激發(fā)起 分次諧波諧振過電壓（一般為1/2次諧波）。咼次諧波諧振由變壓器供電的輕負載線路，如果由 變壓器或電磁式電壓互感器的激磁支路看 去，系統(tǒng)的線性部分的自振頻率恰與 變壓器激

28、磁電流的某一諧波頻率相等時，會出 現(xiàn)奇次諧波諧振過電壓。由于電感周期性變化，在一定條件下可能激發(fā)起基頻、偶次諧波諧振。含鐵芯電感線圈接入電源或開斷故障時，其磁路內(nèi)將有過渡過程一非周期性勵 磁出現(xiàn)，這將使激磁電流內(nèi)的偶次、奇次諧波，如其外的系統(tǒng)的線性部分的自振頻 率恰與勵磁電流的某一頻率相等時，會出現(xiàn)偶次、奇次諧波諧振過電壓。3.1.2諧波諧振過電壓電磁式電壓互感器的勵磁特性為非線性，它與 電網(wǎng)中的分布電容或雜散電容在 一定條件下可能形成鐵磁諧振。一般情況下電壓互感器的感性電抗大于電網(wǎng)的容性電抗。當電力系統(tǒng)正常操作或某種情況產(chǎn)生暫態(tài)過程時，需要斷路器切合線路（尤其是切合空載母線時，會出現(xiàn)操作過電

29、壓，引起互感器的工作點移動，嚴重時可能 出現(xiàn)飽和，此時在電壓互感器感抗降低的過程中，當與電網(wǎng)的容性電抗恰好匹配時，將出現(xiàn)鐵磁諧振。鐵磁諧振可能會發(fā)生在不接地系統(tǒng)和接地系統(tǒng)中。鐵磁諧振的諧振頻率是根據(jù) 電網(wǎng)的電容值而定，諧振頻率可為工頻和較高的工 頻或較低的工頻所產(chǎn)生的諧波。鐵磁諧振產(chǎn)生的過電流和 /或高電壓都會造成電壓 互感器的損壞，特別是低頻諧振時，電壓互感器相應的勵磁阻抗大為降低而導致鐵 芯深度飽和。勵磁電流急劇增大，高達額定值的數(shù)十倍至百倍，嚴重損壞電壓互感 器。3.2中性點不接地系統(tǒng)的鐵磁諧振3.2.1對電磁式電壓互感器應用的要求我國配電網(wǎng)系統(tǒng)為中性點絕緣或中性點經(jīng)消弧線圈接地，統(tǒng)稱為

30、中性點非有效 （不接地）接地系統(tǒng)。電磁式電壓互感器作為 電網(wǎng)的計量及保護而大量使用。為 此，對電磁式電壓互感器的要求有：在發(fā)生單相接地故障時系統(tǒng)不停電，要求電磁式電壓互感器繼續(xù)安全地運行 規(guī)定的時間（相對于不同電壓因數(shù)的連續(xù)運行時間），并要求電壓互感器應發(fā)出正 確系統(tǒng)單相故障信號，以保護 電網(wǎng)的安全供電。應采取措施保證電磁式電壓互感器安全可靠運行：在中性點不接地系統(tǒng)中， 電磁式電壓互感器是非線性元件，它與線路對地電容形成并聯(lián)諧振回路，當單相接 地或線路合閘等激發(fā)條件下，會出現(xiàn)鐵磁諧振，燒壞電壓互感器。為了避免此損 壞，要求電磁式電壓互感器本身可與 電網(wǎng)不發(fā)生鐵磁諧振；采取措施限制鐵磁諧振 的發(fā)

31、生。322鐵磁諧振機理在中性點不接地系統(tǒng)中，電源變壓器中性點不接地，為了監(jiān)視絕緣，采用三相接地電磁式電壓互感器，互感器的一次繞組中性點直接接地（圖2）?；ジ衅鞯膭畲烹姼蟹謩e為Lu、Lv、Lw,與其并聯(lián)的電容Co表示此相導體和母線的對地電 容。Co與勵磁電感并聯(lián)后的導納為 Yu Yv、Yw圖2中性點不接地系統(tǒng)中三相電壓互感器諧振時電路圖在正常運行下，勵磁電感 Lu=Lv=Lw,即導納Yu=Yv=Yw三相對地負載是平衡 的，中性點電位為零。當電網(wǎng)中發(fā)生沖擊擾動，例：電源合閘至空母線時，使互感器的一相或二相 出現(xiàn)涌流現(xiàn)象，或線路瞬間單相弧光接地（或熄滅）后，健全相（或故障相）電壓 突然升高也會出現(xiàn)很

32、大涌流，造成該相互感器磁路飽和，勵磁電感L相應減小，這樣三相對地負載就不平衡，中性點出現(xiàn)位移電壓，其值為：式中：EO中性點位移（對地）電壓，V;Eu Ev、Ew三相電源電壓，V;s。Yu Yv、Yw三相勵磁電感與母線電容并聯(lián)后的導納,若果在正常運行時，由于互感器勵磁阻抗很大，各相的導納呈現(xiàn)容性，電網(wǎng)發(fā)生擾動的結(jié)果使V相和W相電感即Lv、Lw減小，電感電流增大，可能使 V相和 W相導納變成感性（見圖2）。感性導納L，和容性導納C相互抵消，使總導納 Yu+Yv+Yw顯著減小，位移電壓Eo大為增加。當出現(xiàn)參數(shù)配合適當時，總導納接近 于零，此時產(chǎn)生了串聯(lián)諧振現(xiàn)象，中性點位移電位將急劇增加。三相導線的對

33、地電 壓等于各相電源電勢和位移電位的相量和，結(jié)果是兩相對地電壓升高，一相對地電 壓降低。這就是基波諧振的形式。電磁式電壓互感器鐵芯磁化曲線是非線性的，由于鐵芯的磁飽和引起電流、電 壓波形的畸變，即產(chǎn)生了諧波，使上述諧振回路還會對諧波產(chǎn)生高頻、工頻和分頻 諧振過電壓。當空載母線合閘時Co （該相導線和母線對地電容）很小，將產(chǎn)生 3倍以上高 頻諧振過電壓。當空載母線合閘時有較大的 Co則會出現(xiàn)工頻諧振。當空載母線合 閘時有很大的Co （出線較長）時，將產(chǎn)生分頻（通常為 1/2次）諧振。分頻諧振過電壓一般不超過 2倍相電壓，但由于勵磁感抗減半，電壓互感器又 深度飽和，在勵磁電流急劇增大，甚至達額定值

34、的百倍以上，造成電壓互感器過 熱、燒壞。由上述分析可見，在中性點不接地系統(tǒng)出現(xiàn)的諧振過電壓屬于零序性質(zhì)。損壞電磁式電壓互感器通常有兩種情況：O1電壓互感器的一次繞組燒壞，是持續(xù)的鐵磁諧振造成。一般是發(fā)生在空載 母線合閘時，該相母線的對地電容較小，產(chǎn)生三倍頻的高頻諧振過電壓。02高壓熔斷器頻繁熔斷。是由超低頻鐵磁諧振造成。超低頻鐵磁諧振是在單 相接地故障消失瞬間，電網(wǎng)對地電容與電壓互感器勵磁電感產(chǎn)生的一種短暫電磁 振蕩。這種情況出現(xiàn)在空載母線合閘時有較大的母線對地電容的電網(wǎng)中。尤其是在間隙性電弧接地故障時，更為嚴重。323限制或消除鐵磁諧振的措施及其分析R-進皿在電壓互感器的剩余繞組開口三角裝消

35、諧器（圖 3）消諧器可以為固定的電阻：低值電阻或白熾燈泡（610kV可用200W 35kV可 用500W）或?qū)Ｓ玫南C器（非線性電阻型：電子微機型、電感型、電容型）。本措施是在電壓互感器的二次加裝消諧器，稱二次消諧器。低值電阻在正常運 行是要消耗能量，對開口三角電壓也有影響。電子微機型消諧器是當諧振發(fā)生時瞬 時接通高阻抗回路，有良好的消諧效果。但是對低頻振蕩不起作用。因此，只適用 于對地電容較小的 電網(wǎng)。圖3在電壓互感器剩余繞組的開口三角裝消諧器在電壓互感器一次繞組中性點與地之間接入線性電阻：10kQ級的電阻。屬于一次消諧器。它對抑制鐵磁諧振和超低頻諧振都有較好 的效果，適用于對地電容較大的

36、電網(wǎng)。一次消諧器安裝位置會造成以下問題，因而一次消諧器的應用受到限制：O1高壓中性點發(fā)生位移，造成三相電壓不平衡。02使電壓互感器二次側(cè)相電壓波形中出現(xiàn)明顯的三次諧波，導致相電壓測量結(jié)果嚴重失真。03電壓互感器開口三角會濾出三次諧波的干擾信息，其值可達幾伏到十幾 伏，影響接地信號繼電器的整定。在電壓互感器一次繞組中性點與地之間接入非線性電阻：電子型、電感型、電容型。屬于一次消諧器，同樣，也存在與同樣的問題。在互感器一次側(cè)中性點經(jīng)高阻抗接地（圖 4）：在三相電壓互感器或三臺單相電壓互感器的一次側(cè)中性點與地之間接一單相零 序電壓互感器。俗稱“ 4PT'法，屬于一次消諧器。它對抑制鐵磁諧振和

37、超低頻諧 振都有較好的效果，適用于對地電容較大的 電網(wǎng)?！?4PT'法的特點：01采用零序電壓互感器二次繞組的補償作用，消除了二次相電壓測量中三次 諧波的影響。02三相電壓互感器的開口三角回路是短接的，因此，零序電壓互感器承擔測 量零序電壓，三相電壓互感器測量正序電壓。03零序回路中只有單相電壓互感器一種電感，與三相電壓互感器的勵磁電感 小得多，在激發(fā)的過電壓作用下，感抗值無法與 電網(wǎng)的對地電容相等，產(chǎn)生鐵磁 諧振的充分必要條件不具備，即起到抑制或消除鐵磁諧振的作用。圖4在電壓互感器一次側(cè)中性點經(jīng)高阻抗接地在電壓互感器的一次側(cè)加裝避雷器來限制操作過電壓或暫態(tài)過電壓：控制互感器的工作點（

38、即互感器的勵磁電抗值）在一定的范圍內(nèi)，這樣，破 壞了產(chǎn)生鐵磁諧振的充要條件，達到限制電鐵磁諧振的目的。在電壓互感器的一次側(cè)或二側(cè)加裝熔斷器：當發(fā)生鐵磁諧振時，產(chǎn)生的勵磁電流急劇增大，用熔斷器來保護互感器不燒 毀。在母線上加裝一定的對地電容，使之超過一定臨界值，使回路超過諧振區(qū) 域：化工、冶煉行業(yè)是電能巨大的用電大戶，為了減少電費，將負荷功率因素呈容 性，因而安裝了靜補裝置，即在 電網(wǎng)上的對地電容大大增加，電網(wǎng)對地電容遠大 于系統(tǒng)的感抗。鐵磁諧振的條件不可能存在。從根本上解決了鐵磁諧振問題。選用在額定電壓因數(shù)為2倍內(nèi)呈容性的電磁式電壓互感器：在中性點非有效接地系統(tǒng)中對電壓互感器的額定電壓因數(shù)值的

39、要求為 1.9倍 電磁式電壓互感器運行在額定電壓因數(shù) 2倍以下時，PT呈容抗性質(zhì)，電網(wǎng)鐵磁諧 振的充要條件不存在，避免了諧振。采用電容式電壓互感器。將電源變壓器的中性點經(jīng)消弧線圈接地。綜上所述，由于鐵磁諧振的復雜性，尚未找出一個措施是十全十美的方案，任 何措施有其局限性。應按照使用場合 電網(wǎng)的配合具體情況，應用某一個消諧措施。3.3中性點直接接地系統(tǒng)的鐵磁諧振331鐵磁諧振機理66kV及以上的電網(wǎng)為中性點直接接地系統(tǒng)。為研究最嚴重情況，考慮 變電站 所仍采用帶斷口電容器的少油斷路器（新建 變電站大多采用無斷口電容的SF6斷 路器）。見圖5,設母線上接有電磁式電壓互感器，其電感為L,與其并聯(lián)的相導體及母線對地電容為C6當母線停電切除或恢復設備運行或其它運行方式中，只 要出現(xiàn)斷路器斷口電容與電壓互感器形成串聯(lián)回路，同時母線對地電容Co較小與電壓互感器并聯(lián)后其伏安特性呈感性（假設其等值電感為L1），當電源電壓具有足夠在的電壓擾動、互感器鐵芯出現(xiàn)飽和時的等值電感減小到3 L1=1/ co Co時，就產(chǎn)生鐵磁諧振，長時間的磁飽和是流將燒壞電壓互感器。電磁式電壓互感器在斷路器分閘或隔離開關(guān)合閘時可能與斷路器并聯(lián)均壓電容 或雜散電容形成鐵磁諧振。由于電源系統(tǒng)和互感