電磁式電壓互感器（簡稱PT） 中性點用消諧電阻器及附件的作用原理

1、10 （6）35kV中性點不接地電網中Y接線電磁式電壓互感器（簡稱PT中性點用消諧電阻器及附件的作用原理1、概述10 （6） 35kV電網是電力系統數量最多的配電網，在城市的電網建設初期 以及向農村供電的配電網，中性點大都不接地。這種中性點不接地方式的主要優(yōu) 點是：當電網發(fā)生單相接地故障時，故障路線可以繼續(xù)運行，供電可靠性高。不 像中性點直接接地或經小電阻接地系統，發(fā)生單相接地會立即斷開故障線路。中 性點不接地方式主要缺點是：過電壓水平較高，不能及時判斷故障線路等。好在 這種電網電壓不高，增加設備絕緣的費用占設備整體費用比重不大， 故我國的絕 大部分配電網都采用中性點不接地或經消弧線圈接地。因

2、為電網中性點不接地， 就沒有固定中性點及三相電位，則相對地電壓不穩(wěn)定。請注意，這里是指三相對 地電壓，即相電壓，不是線電壓。中性點不接地電網的三相線電壓仍是十分穩(wěn)定， 線電壓是受電源電勢的控制，只隨負荷大小，變壓器分接開關調整稍有變化。 而 相電壓則變化很大。當一相金屬性接地時，接地相電壓為零，健全相電壓升到原 來的百倍（穩(wěn)定值）。若三相對地電容不對稱（如局部斷線），則中性點電位會 偏移。若發(fā)生諧振，則中性點電位有可能偏移出線電壓三角形的外面。 但是金屬 性單相接地時，電網是不會發(fā)生壓變鐵磁諧振的，因為接地相電位已經固定在地 電位，健全相電壓為線電壓所固定，線電壓是不會因諧振而改變的。故接地時

3、， 三相電壓都有各自的固定值。只有當接地消失后才會激發(fā)起壓變鐵磁諧振， 諧振 會導致三相相對地的電壓高低變化， 頻率也呈多樣性。為什么這里要反復說明這 種認識，因為有一些現場人員總認為電網在接地時燒毀PT是諧振原因造成的。所以要反復說明，電網接地時是不會產生諧振的（不包括斷線接地），中性點不接地電網產生鐵磁諧振除了 PT飽和原因還有其他原因，例如：線路斷線，斷線 相對地電容與配電變壓器會產生鐵磁諧振，這里我們重點介紹Yo接線PT電感引起的鐵磁諧振以及PT中性點用非線性電阻LXQM型消諧電阻器的消諧原理及其 特點。2、中性點不接地電網中Yo接線PT引起鐵磁諧振的簡單機理中性點不接地電網含有PT的

4、簡單三相對地電路如圖1所示，中性點不接地 的配電網中有主變和眾多的配變， 三相之間有很多金屬通道，但三相對地的金屬 通道只有Yo接線PT,可見在電網的零序系統中，PT的電抗起主要作用圖1含有PT的簡單三相對地電路圖1中EaEbEc為三相對稱電勢，Co為相對地電容。La、Lb、Lc為PT勵磁 電感，U0為中性點對地電壓。用戴維南定理簡化圖 1電路，先斷開PT0M（虛 線所小）,由于三相Co相等，三相電勢對稱，Uo=O,故端部電壓仍為EaEbEc。 而內阻為3 CO,圖1三相電路圖的等值電路為圖2。圖2 PT諧振的等值電路圖從圖2等值圖可以明顯看出是LC用 聯諧振回路。等值的3Co在零序回路中，

5、故只會在零序回路內產生諧振。當LLLc時，Uo=O,三相對稱屬于 電網正常運行。當發(fā)生突然合閘、單相 接地消失等激發(fā)條件時，使得某一相或 兩相PT中勵磁電流急劇增大，鐵芯飽 和，三相電感不等，即LaWLbWLc,就出現一定幅值的零序電壓 Uo有了 U0后三相PT中產生零序電流io,經3c成回路。當PT中流過零序電流i, PT所反應的阻抗為零序阻抗，設Lo為PT三圖3零序電壓作用相并聯的等值零序電抗，R0為PT三相下PT諧振等值電路并聯的等值電阻。圖 2 等值電路的諧振電路簡化為圖 3。當 3co 在某一頻率下，參數匹配恰當， 即發(fā)生諧振。 諧振的頻率隨co 的大?。淳€路的長短） ，依次發(fā)生高

6、次（ 2、 3 次） 、基波、分次（1/2、 1/3 次）諧振。也有相互疊加產生的， 如基波含有分次的諧振等。 發(fā)生諧振時， 三相對地電壓忽大忽小。通過PT 的電流遠大于勵磁電流，PT 鐵芯發(fā)出嗡嗡響聲，時間稍長，就有可能因電流大過熱而燒壞了PTo壓變飽和諧振時，過電壓幅值并不是很高，一般不會使其他設備絕緣受損（除非其他設備絕緣已經有嚴重缺陷） 。當然 PT 燒壞時，若有電弧也會危及其他設備，將事故擴大，此類事故也曾有報道。3、消除PT 諧振的方法在電力行標DL/T620-1997 ”交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合”中提出了限制 PT 鐵磁諧振的措施有：選用勵磁特性飽和點較高的電磁式電壓互

7、感器。這一條要求PT 鐵芯截面加大，PT成本提高，互感器廠家不會考慮，除非電力用戶特別定制。減少同一系統中電壓互感器中性點接地數量， 除電源側電壓互感器高壓繞組中性點接地外， 其他電壓互感器中性點盡可能不接地。 這一條由電網運行所決定，只要有一組Y0接線的PT都可能產生諧振。這里也要反復說明V形接線PT是不會因諧振而損壞的。若V形接線的PT損壞，則不要找諧振原因。個別情況下，在 1okV 及以下母線上裝設中性點接地的星形接線電容組或用一段電纜代替架空線路以減少 Xcoo使Xco.(容量大于600W)的電阻接地前三項都不是現實的方案，后兩項是采用電阻阻尼的方案。只是電阻進入諧振回路的方式不同，第

8、四項是并聯進入，第五項是串聯進入。諧振回路用入阻尼電阻的作用在圖3的等值電路中Ro是PT本身的電阻。理論計算及試驗發(fā)現當給定 PT 的勵磁曲線及電源電壓 國確定時，外接一個電阻R,當外接電阻R與PT本身電 阻R0之和Ro= (Ro +2大于某一個臨界值時，在一切電容值下均不發(fā)生諧振。 為了便于工程應用，設PT磁化曲線為PT在額定電壓Ux=V3U下的交流電抗Xm = Lm。臨界值 的的值與Lm值有關，的/仔學時，不會發(fā)生基波諧振，當 Ro/ Lm時，不會發(fā)生分頻諧振。為方便計算，標準提出的第五項方案中，PT中性點用入的電阻R3n (即Lm), PT就不會發(fā)生諧振。從阻尼的效果來看，用 入電阻的是

9、越大越阻尼。用入式的阻尼電阻是“長接式”，即不管PT是否諧振， 電阻總是用入在零序回路中。諧振回路并入阻尼電阻的作用阻尼電阻 R也可以通過并入的方法進入諧振回路。即通過 PT剩余 電壓繞組開口三角兩端，并入一個電 阻r,此電阻通過電磁耦合到PT一次 繞組側為Rio如圖4所示。Ri= Ki32r, Ki3為PT一次繞組與開口三角繞組問的變比。R是與PT電抗相并聯，可如圖5所示。作者推算它們之間的關系Ri在分母圖4阻尼電阻并聯入PT諧振以將并聯Ri與Xi等值為串聯的 於與X2為 R2=R - Xi/ (Ri+ X)、X2=Xi Ri/ (R+ Xi)。從關系式中可以看出, 是平方，故R與R成反比，

10、即要串聯回路的電 回路阻R大，則要求并聯回路的電阻 Ri小。因此，連接在PT開口三角兩端 的電阻r越小阻尼效果越好。故標準 提出的第四項方案，R6%Xm的要求。因為PT的勵磁特性是非線性的，LXQ型電 阻器的電阻也是非線性。電阻型的非線性系數稍大于PT勵磁特性非線性系數，故的所有勵磁電流下的阻值都符合要求。對于一次繞組X端為低絕緣PT, LXQ （D）m型采用部分電阻并聯放電間隙的方法，即較大沖擊電流（如雷擊時）通過電阻時，放電間隙短接部分電阻，使電阻上的電壓不危及PT的X端低絕緣。沖擊電流過后，電阻自動恢復高阻狀態(tài)。因此一次繞組X端為低絕緣PT,請選LXQ （D）田型消諧電阻器，該型號中（D

11、） 代表X端為低壓絕緣PT電力行標消諧措施中第五項，只提到10kV及以下電壓 等級PT,是因為10kV以上PT的X端絕緣都是低絕緣，故擔心此方法損壞PT X端的絕緣。其實10kV PT也有X端為低絕緣的，LXQ（D）m型采用部分電阻并聯 放電間隙后，已不再發(fā)生雷擊時損壞X端低絕緣的PT事件。（以前曾在云南昆明 發(fā)生一次雷擊35kV PT的X端低絕緣損壞事例。）由于PT一次繞組勵磁電流中會有一定量的三次諧波電流，以及三相PT的勵磁 特性有差別，則會在PT 開口三角兩端產生一定的基波電壓及三次諧波電壓，造成開口三角電壓升高。如三次諧波電壓及不平衡基波電壓足夠大時將造成PT 中性點偏移，三相電壓不平

12、衡以及開口三角電壓太高等現象。LXQ-F型電壓限制及短路報警器是安裝在PT 開口三角兩端的附件， 它起限制 PT 開三角因一次繞組安裝消諧電阻器所產生的附加電壓， 限壓裝置是采用一個合適的低阻值電阻。 在電網正常運行時， 讓三次諧波電流及不平衡基波電流流過低阻值電阻構成的零序回路。可以將開口三角兩端電壓降低到原值的十分之一以下（小于1V） ，當電網因其它原因有較高的零序電壓時（例如單相接地） ，該電阻的阻值迅速增大，不影響PT正常的檢測。LXQ型的附件解決了長期困擾的開口三角兩端電壓偏高的問題。新的附件還具有短路報警功能，此功能在第 7 節(jié)詳細介紹。6、安裝在PT一次繞組中性點消諧電阻是否對

13、PT的計量及絕緣監(jiān)測有影響所有的計量的電壓回路都是接在PT 的三相線電壓上。即 PT 的正序回路中，而電網三相線電壓是由變壓器的端電壓所決定， 無論電網在單相接地還是諧振， 三 相線電壓是不變的。因此連接PT 二次側三相線電壓上的計量值由電網的正序電壓決定的。 連接在 PT 中性點回路的消諧電阻是PT 的零序回路，故對計量電壓回路沒有影響由于消諧電阻在PT的零序回路，故單相接地時，消諧電阻R值要影響PT零序電壓的測量，但影響的值很小?，F作以下分析：單相接地時，三相PT中接地相PT被短路，因此接地相PT勵磁電流為零， 兩健全相PT升到線電壓，兩健全相PT的勵磁電流Im要通過R,但兩健全相的Im

14、相角差60 ,其矢量和為 展Im。則R上電壓UR=T3lm R,而Im= J3u /L, 則Ur=3RU/L。在零序回路 Ul=Ju。2 Ur2 = J（1 3R/ L）2 U ,開口三角形 繞組電壓 5%= Ji （3R/ L）2 ,若 R/coL= WJ Ua%=% 若 R/co L=IU Ua%=%即開口三角繞組兩端電壓比不用 R時電壓下降（25） %,若不用時為100V, 用R為（9598） V,這種影響是可以接受的。LXQHI型及LXQUI （D）型消諧電阻器的熱容量大于運行中所需的 600W的要求 （說明書中注明800W）,m型消諧器可2小時通過100mA （有效值），10min通

15、過500mA （有效值）。只要PT不損壞，田型消諧器是不會因自身熱容量不夠而 損壞的。當然，如果PT因自身質量問題，內部短路，電網相電壓直接作用在消 諧電阻上，消諧電阻是承受不了的，如果 PT因自身接線錯誤，如將開口三角接 成閉口三角。在長期單相接地條件下，三相 PT燒壞，消諧電阻器就會損壞。（所 謂損壞是指電阻器的阻值已偏離要求值的范圍，并非電阻器本體斷裂等外形損 壞。）7、運行經驗PT開三角結成閉口三角，在發(fā)生永久性接地后燒損多相PT。概述近年，多次出現這樣一種惡性燒毀 PT的事故：在10kV電網發(fā)生單相接地 一段時間后（約30分鐘），同時燒毀三臺單相組成的 YN, yn, 接線PT,有的

16、 不僅燒毀多相PT,還由此引起母線短路，燒毀其他重要設備（2002年9月5日 山東威海局所屬長峰變電站）。由于燒毀的PT上安裝了本公司生產的LXQ型消諧器，用戶在沒有明白事故的原因之前，誤認為是PT諧振引起的，而責怪消諧電阻器不起消諧作用，當本 公司告之這類事故的真實原因， 用戶按照告之的方法找到事故的起因， 而致謝本 公司的幫助， 也有用戶因種種原因仍懷疑有諧振， 為此， 公司技術服務部將此類 事故曾出現的事例，試驗室所做的試驗數據以及結果分析整理如下。發(fā)生在南京局所屬江東門變電站10kV母線上的實例：該站10kV母線上安裝PT由三臺JDZJ-1（ffl組成，PT高壓繞組中性點裝有本 公司生

17、產的LXQ-10型消諧器。1998年7月，該站10kV電網發(fā)生永久性接地， 接地后約30分鐘同時將兩健全相PT高壓繞組絕緣燒穿，接地一相繞組內部短路， 所接消諧電阻亦過熱損壞，兩相絕緣燒穿的 PT 高壓熔絲熔斷（ 0.5A 熔絲） 。接 地故障消失后，更換已損壞的PK熔絲、消諧電阻，繼續(xù)運行。兩個月后，該站 10kV 電網又發(fā)生單相永久性接地， 又出現同樣的燒毀三相 PT 的事件。 由于重 復發(fā)生相同事件， 當時又找不到合理的原因， 故決定在國慶節(jié)期間， 在該站 10kV 電網作人工接地試驗，實測PT 中的電流分布，尋找燒毀的原因。為此，南京局的繼保人員仔細檢查了該組PT 的二次線路，結果發(fā)現

18、： 該組 PT 的剩余電壓繞組開口三角兩端的線路中存在兩點接地的錯誤接線，即PT開口三角兩端aD點及xd點，在PT柜已將xd端接地，開口兩端出線引到其他保護柜后，若重復接地只能 將xd引線接地，而該組PT卻錯誤地將aD線接地，這樣，將PT開口三角繞組變 成了閉口三角繞組。PT 開口三角變成閉口三角后，在電網正常運行和單相接地時，繞組中電流有何種變化雖然沒有在事故現場做試驗，但本公司在模擬的 10kV 電網中做了真 實的試驗，得到完整的試驗數據。10kV模擬電網人工接地試驗：本公司有一套為消弧線圈調試用的三相 10kV模擬電網，由 250 kVA三相 配電變壓器提供三相電壓，電網對地電容為 10

19、kV移相電容器，PT為蘇州互感器 廠生產的JZDJ-1M,模擬電網可以作人工永久性接地試驗， 三相PT的測量接線如圖6所示。靖電斤VJ kV圖6 PT在三相10kV電網中的測量接線電網及PT狀況分4種，測量數據列于表1表1 PT中電流分布序電網消諧電阻K3I1 (mA)I2 (mA)I3 (mA)I4 (mA)I5 (A)U0(V)I正常（K1斷開）未接（K2閉合）斷開0閉合0R正常（K1斷開）接入（K2斷開）斷開0閉合0m接地（K1閉合）未接（K2閉合）斷開0100閉合400415410115075800IV接地（K1閉合）接入（&斷開）斷開095閉合170180175524300從表1所測

20、數據可以看出： 當Ki斷開，即電網正常運行時，從序I及序II中數據可以看到，在K3閉合,即剩余電壓繞組的兩端被短路時，高壓繞組中最大電流僅為6mA,剩余電壓繞組中最大電流為1A。所占容量每臺為36VA,小于PT的級40VA的容量，因此在電網正常運行時，PT開口三角兩端短路，此時PT零序阻抗已下降很多，因為電 網正常運行時的零序電壓很小， 一般不超過電網相電壓的 3%（ 180V） ， 故高壓繞組中性點在沒有接消諧電阻的情況下， 電流有所增加， 但仍可長期運行。 這就是為什么在電網正常運行時，PT剩余電壓繞組已短路也沒有發(fā)現的原因。當PT高壓繞組接入了消諧電阻器，K3 閉合及斷開，高壓繞組中電流

21、沒有變化。 在PT安裝了消諧電阻器后，電網正常運行時，在開口兩端一般都會有數伏 電壓，如序R中K3斷開時有電壓，用戶可以用萬用表測量開口兩端電壓，若發(fā) 現很低0 1V,則要考慮剩余電壓繞組的接線是否被短路。利用此特征，可以早期發(fā)現 PT 開口三角短路的潛在故障。 （注： 若二次側裝短路消諧的消諧器， 該消諧 器工頻動作電壓低也會在電網接地時動作，此缺陷需要其他方法檢查，見6.1.5.1。）在Ki閉合，即電網單相接地的情況下，若 K3也閉合，即剩余電壓繞組開口 兩端短路，則PT三相高壓繞組中電流都增大到（170180） mA （接有消諧電阻） 及（400415） mA （未接消諧電阻），剩余電壓

22、繞組中電流增大到30A （接有消諧電阻）及（7580） A （未接消諧電阻），通過消諧電阻的電流也高達 524mA, 見序田、序IV。此時PT負載達到沒臺1000VA及2400VA,是最大容量300VA的 倍及 8 倍。由于PT高壓繞組的保護熔絲為0.5A （有的將高壓熔絲增大到2A）,雖然高 壓繞組中電流達到（）A,仍低于高壓保護熔絲的熔斷電流，而PT剩余電壓繞組回路中沒有熔絲保護。因此PT 高低壓繞組只有任其加熱，當電網接地持續(xù)一段時間后， PT 高、低壓繞組的絕緣層逐漸燒損，以至短路，電流更加增大，健全相 PT 將主絕緣燒穿， 變成相間短路， 高壓熔絲熔斷。 接地相PT 剩余電壓繞組有數

23、十安培電流，亦會過熱燒毀，因接地相沒有電壓，故絕緣不會燒穿。這就是為什么在電網單相接地時，同時燒毀三相的真正原因。PT接線由Y/Y。/接線變成Y0/Y0/接線后，PT的零序阻抗由具有很高阻值 的勵磁阻抗變成低值的漏磁阻抗， 在幅值為相電壓的零序電壓下， 通過高壓繞組 及輔助繞組的電流增大了（200400）倍，遠大于PT 所能承受的過載能力，此時卻又得不到及時的保護，只有在故障發(fā)展到燒毀設備時，才會終止。7.1.4電網接地燒毀多相PT決不是諧振所致：有的用戶以現場很難查找原因為由，總認為燒毀PT 就是諧振所致。這是不明白諧振存在的條件，要知道，電網單相穩(wěn)定接地期間，是不會產生PT 鐵磁諧振。 因

24、此此時電網已經有一點固定的地電位。 健全相的電壓被強大的電源電勢所固定，三相對地電壓不會變化。要產生諧振，必須是接地消失后，三相對地電壓沒有固定的電位。如果發(fā)生了電網接地時三相 PT燒毀事件，而不去檢查PT輔助開口兩端存在的隱患，當再次發(fā)生電網接地時，還要重復燒毀多相PT。根據用戶的反映，單相接地時同時燒毀三相PT的事故在江蘇10kV電網已有10 余次， 35kV 電網有 2 次；山東 10kV 電網也有多次，其中威海1 次還造成母線事故。天水長城廠反映，貴州安順供電局一個10kV 電網在 2003年 912月，連續(xù)三次燒毀三相PT,該電網中性點是經消弧線圈接地，故PT沒有裝消諧器，酒泉鋼廠總

25、降在2003 年一次， 都是三相PT 同時燒毀，這些都是同一原因所造成的。7.1.5 檢查方法及建議PT剩余繞組開口兩端被短路有兩種可能，一種是開口兩端點都接地；另一種是剩余繞組開口兩端裝有短路消諧的消諧器，此消諧器工頻動作電壓偏低，在工頻 100V 左右即啟動短路， 為檢查裝有這種消諧器的工頻啟動電壓是否偏低，就需要在PT柜輔助繞組的aD及xD之間施加一個工頻110V的電壓（注意，實驗時需將PT 高壓熔絲取下）， 若外施電源的電流很小， 則說明消諧器工頻動作電壓大于110V,若外施電源中的電流很大（安培級），則說明消諧器工頻動作電壓偏低， 會在電網單相接地時誤動， 要拆除這種二次側消諧器或將

26、工頻動作電壓提高到150V以上。本公司生產的BXQ-I型電子式消諧器是不會發(fā)生詞類故障的，因為該儀器中裝有一個測量短路及電流的分析元件。 如果短路及電流不衰減， 儀 器不會反復短路。雷擊時PT多相熔絲熔斷的原因分析概述：在1035kV中性點不接地的電網中，但電網發(fā)生單相接地，在接地消失瞬 間，Yo接線的電磁式電壓互感器一次繞組會出現數安培幅值的半波涌流，以接地相的涌流最高，常常將接地相壓變 0.5A高壓熔絲熔斷。當壓變中性點經消諧電 阻接地后，這種涌流被有效地限制。因此，電網中因接地消失而導致壓變高壓單 相熔絲熔斷的現象，明顯得到改善。但是，另一種現象卻仍然發(fā)生，即在雷擊時， 電網并未接地，在

27、農村變電站發(fā)生壓變多相高壓熔絲熔斷現象， 雖然此時在壓變 中性點已裝有消諧電阻，也仍然發(fā)生。最為嚴重的一次是1998年3月20日前后, 江蘇省沿江地區(qū)降大雪，卻出現罕見的強烈雷暴天氣。因降雪天寒，架空導線上 積雪結冰，導線變粗，當天空發(fā)生閃電時，其實這種閃電并未擊中導線，而是云 間或云對地閃擊，處在空曠地面的農村變電站母線上的壓變，頻繁發(fā)生三相或兩 相高壓熔絲熔斷現象，有的變電站一天內近10相次熔斷，全省有數百相次1035kV壓變熔絲熔斷。壓變一次繞組有的已裝有消諧電阻。最近泰州姜堰供電 局所屬變電站，在2003年7月，又發(fā)生在雷雨天10kV三相壓變熔絲熔斷的現象， 事后檢查，壓變中性點所接消

28、諧電阻正常，壓變中性點絕緣正常。三相壓變的伏 安特性在正常范圍，更換高壓熔絲后，壓變恢復正常運行。雷擊時多相熔絲熔斷 的原因何在如何解決這類問題只有在查清雷擊時，通過高壓熔絲的電流，明白此電流導致高壓熔絲熔斷的機理，才會有針對性的辦法。電磁式電壓互感器一次繞組等值電路:電磁式電壓互感器實際上就是一臺微型高壓電力變壓器。變壓器在沖擊電壓下等值電路如圖7所示。圖7電磁式壓變在沖擊電壓作用下的等值電路一次繞組的分布參數含有電感 Lodx,縱向電容K)/dx,對地電容C0dx,在沖擊電壓作用下，當波頭時間較小時 Lodx呈現的電抗值很大，電流不通過電感，等值電路中電容可簡化為一個入口電容。將圖7再簡化為圖8的等值簡化電路。從圖8中可以看出，流過高壓熔絲的沖 擊電流i=ic+iL, ic直接入地，不通過R,而 R是串聯在壓變尾端，只對iL值起限制作 用，對ic值不起作用。雷云閃電時，壓變多相高壓熔絲熔 斷的原因分析。1035kV架空線路，沒有架空地線(農村35kV線路進線段的架空地線一般小于1km),在空曠的農村，三相導線暴露在空中，在雷云電荷的作用下，三相導線都感應相同數量的束縛電荷。當雷云放圖8壓變等值簡化電路電(注意此放電并未擊中導線)，三相導線上的束縛電荷向線路兩側運動，對變電站形成侵入波。此侵入波的電壓并不高,因為壓變高壓熔絲熔斷時避雷器并未動作，現簡單計