变电站PT消谐措施的改进研究_铁磁谐振

论文导读:：我局在近3年中发生4起电磁式PT因谐振而损坏的事故。因此有必要对产生铁磁谐振的原理、危害等进行分析。产生铁磁谐振过电压的主要原因。目前常用消谐措施的探讨。
论文关键词：PT，铁磁谐振，过电压，消谐措施
 

目前我国的中低压配电网为提高供电可靠性，中性点均采用经消弧线圈接地或不接地方式运行。但近年来随着电网的容量扩大、变电所出线增多、线路总长度增加，特别是大量电力电缆的应用，使得系统电容电流亦大幅上升，在中性点不接地系统中，当线路发生因雷击、树竹接地或不同期合闸等情况引起网路参数改变时，经常发生因谐振引起PT高压保险烧坏、PT喷油冒烟、或绝缘闪络事故，我局在近3年中发生4起电磁式PT因谐振而损坏的事故，因此有必要对产生铁磁谐振的原理、危害等进行分析，进而提出防治措施，取得了良好的实效。

1.PT铁磁谐振产生原理

在电力系统正常工作电压下，电压互感器铁心磁通密度不高，铁心并不饱和，线圈感抗大于线路容抗，即X_L> X_C,在遇到合空载母线、雷击、接地等外部因素作用下，引起电压互感器铁心由不饱和变成饱和，励磁电流增加铁磁谐振，电感呈非线性并迅速降低，当X_L= X_C就构成谐振的条件，产生了谐振。

产生铁磁谐振过电压的主要原因，是由于PT的铁芯饱和而引起的申联谐振所致。彼德生(H.A .Pe terson)等专家绘制的不同谐波谐振区域曲线图所示，X_C为系统对地容抗,X_L为PT高压侧在线电压作用下的每相激磁感抗，E为电源电压，当Xc/X_L<O.Ol 时，谐振不会发生，系统稳定；Xc/X_L值增大为.01-0.07时，易发生1/2次谐波谐振，0.07-0.55时，易产生基波谐振，0.55-2.8时，易产生高次谐振。由于PT的非线性特性，电感值不是常数，在交流电源作用下会发生波形畸变现象，因此回路没有固定的谐振频率,谐振在高频、基频和低频下都可能发生，甚至可能出线不同的谐振频率之间转换^[1]。

2.PT铁磁谐振产生的危害

高频铁磁谐振过电压的幅值一般较高，可达额定值的3倍以上，危及电气设备的绝缘结构，经常会发生互感器喷油冒烟、高压保险熔断和绝缘闪络等异常故障.其零序电压还引起出现虚幻接地现象和接地指示误动作。工频谐振过电压可导致三相对地电压同时升高，或引起“虚幻接地”现象，也常导致设备绝缘事故。分频铁磁谐振可导致相电压低频摆动，励磁感抗成倍下降，过电压一般在2倍额定值以下，但感抗下降会使励磁回路严重饱和，励磁电流急剧上升，幅值高达0.5A，将近为额定励磁电流的100倍，如此大的电流值，导致铁芯剧烈振动，使电压互感器一次侧熔丝熔断或电压互感器过热烧毁^[2]。

我局发生的几起由于谐振导致的系统异常或PT损坏事故，见表一。

表一、PT故障情况统计表

我们经对上述几次PT事故的调查分析，发现以下问题：

（1）从故障录波图、微机消谐装置报告分析铁磁谐振，上述几次故障均伴随有幅值较大的谐振分量。

（2）抑制谐振措施比较单一，微机消谐装置没有起到消除谐波的作用。

3.目前常用消谐措施的探讨

(1)选用伏安特性较好的电压互感器免费论文。

选用激磁作用较好的电磁式电压互感器或电容式电压互感器。要彻底解决铁磁谐振问题，最根本的是选用励磁伏安特性好的电压互感器，使PT在合闸充电或单相接地故障情况下铁心不易饱和，不能构成谐振的匹配参数^[3]。目前有的电压互感器厂家已能生产一种带容性的电压互感器，并且铁芯不易饱和，能够抗更高的过电压、抗谐振。

(2)在PT开口三角接零序电阻、灯泡或可控硅分频消谐装置。

在电压互感器开口三角绕阻加装R<0.4X_L的电阻或200-500W灯泡(X_L为PT在线电压下的每相激磁电抗并换算到开口三角上的值)、使谐振回路输入和输出的能量平衡关系被破坏，起到消除谐振的作用；但各个系统的零序电容和PT的零序电抗之比值有差别，所需的开口三角阻尼电阻也各有差异，不利于对电阻的选择，何况灯丝的热阻很大，它的阻值在冷态6-7欧，热态100欧左右，由于热态变化较快，对一次涌流无限制作用，起不到消谐作用。接可控硅分频消谐装置(VSO)，当电网中发生分频铁磁谐振时，VSO才会导通，三角绕组被短接，铁磁谐振在强烈的阻尼作用下能迅速消失。当谐振消失后，VSO恢复到阻断状态。但被过电压、大电流的冲击后，器件本身发生故障或接点不能正确开闭，有时也不能消谐。

(3)PT开口三角绕组并接微机消谐装置。

在开口三角形绕组接微电脑多功能消谐装置，在线路不长情况下能消除高频、工频、分频谐振过电压。当系统发生单相接地时，经判断能发接地信号，消谐装置不投，可以避免低值电阻长时间接在开口三角形侧导致互感器因过热而烧毁。当线路很长时，特别是出现间歇性弧光接地、系统电容对PT的连续放电时，该装置对互感器瞬时低频饱和电流抑制较弱。况且目前国内没有出台关于微机消谐装置的检验规程，在实际调试过程中仅能模拟发信情况，从我局运用情况看，使用情况很不理想。

(4)PT中性点经接地电阻接地或经消谐器接地。

中性点串入电阻等价于一次侧每相对地接人电阻，能够起到消耗谐波能量、阻尼和抑制谐波的作用。在线路单相接地时，由于中性点对地有一定的电位，能相应减少非故障相绕组电压铁磁谐振，使电压互感器的饱和程度降低，不至于发生铁磁谐振，但电阻的接人使TV开口三角绕组输出电压相应降低，会影响接地指示装置的灵敏性，除了考虑R≥6%Xm(Xm为TV的励磁阻抗)外，还要考虑电阻的热容量。

若采用RXQ-10型消谐器，其内由sic非线性电阻与线性电阻(6-7千欧)串接，在低压时，呈高阻值，使谐振在初始阶段不易发展起来。在长时间接地时，消谐器上将出现千余伏电压，电阻降至6-7千欧，使其不至于影响指示装置的灵敏度;电阻变小,中性点电位降低且热容量不会烧毁电压互感器。其接线简单，维护容易，可取代固定阻值电阻器。

(5)在三相电压互感器一次侧中性点串接单相电压互感器。

这种措施在部分地区有成功经验，其原理是提高PT的零序励磁特性，从而提高PT的抗烧毁能力，已有厂家按此原理制造抗谐振PT。但PT中性点仍承受较高电压，且PT在谐振时虽可能不损坏，但谐振依然存在。

(6)采用自动调谐原理的接地补偿装置。

此种方式采用预调节方式，即在正常运行方式悄况下，根据电网参数的变化而随时调节消弧线圈的分接头到最佳位置。利用微机控制器实现自动跟踪和自动调谐。通过测量位移电压和中性点电流与电压之间的相位，能够准确的计算、判断、发出指令自动进行调整，实时显示有关参数，还能追忆、报警、自动打印和信号远送，满足无人值班变电所的需要免费论文。此种方式被广泛应用，但投资较大。

4.采取的有效措施

通过对以上6种防止谐振措施的综合比较与分析，我局采用以下2种方法抑制和消除谐振的发生，取得良好的运行效果。

( 1)将原来的35kV电磁式电压互感器改造成大连北方互感器厂生产的DZXF-35电压互感器。此类互感器采用低磁密设计，作用降低由于过电压而引起的磁通饱和度，并加强了一次绕组的端绝缘和层间绝缘及安装了电容屏装置，使其能承受更高的过电压，具有呈容性、不谐振、耐过电压等特点。当有谐振激发因素时，其过电压不会进人饱和区，因而不会形成参数匹配铁磁谐振，降低谐振发生的机率，这也是消除谐振的治本措施。对于10kV电磁式电压互感器，选择在中性点串接RXQ-10型非线性电阻的方式来抑制较长线路的基波和分次谐波谐振，同时辅以在开口三角并接电阻的方式来抑制合空载母线产生的高次谐波。

（2）消弧线圈的实施应用

针对10kV出线全部为电缆出线的某110kV变电站，经过实测其10kV3段母线系统对地电容电流为39A。根据国家规程规定:当各级电网电压单相接地故障时，如果接地电容电流超过一定数值(35 kV电网为10A,10kV电网为30A),在中性点装设消弧线圈，利用消弧线圈的感性电流补偿接地故障时的容性电流，使接地故障电流减少，以致自动熄弧，提高配网的运行可靠性。因此，在某110kV变电站的10 kV系统采用中性点经消弧线圈接地来限制、防止间歇电弧接地过电压。

5.取得的效果

供电局从2009年9月开始对所辖变电站35kV ,10kV PT按照上述方案进行消谐工作专项治理，经历2010年雷雨季节，各站PT运行正常，没有发生高压保险熔断、PT损坏的情况，取得良好的效果。

6.结论

综上所述，消除中性点不接地系统铁磁谐振措施各有其优点和局限性，有时可采取两种措施进行抑制谐波过电压。

(1)应首先选用励磁特性好的PT,操作时防止出现激发条件。

(2)TV开口三角形并接微机消谐装置的方式，在目前技术不太成熟的背景下，建议慎重使用。

(3)自动跟踪消弧线圈的消谐效果最好，若经济技术比较后可行，推荐使用此法。

参考文献
[1]刘新东.10-35kV配网铁磁谐振过电压的表现形式及消除措施[J] 电工技术杂志一2000.(6):45-46.
[2]余宇红.10kV电网铁磁谐振消谐仿真的研究[J] 供用电，2009，2：22-26
[3]重庆大学,南京工学院,高电压技术[M] 重庆:重庆大学出版社，1983