討論｜10kV不接地系統(tǒng)接地時(shí)造成電壓互感器燒毀原因分析與解決措施

討論｜10kV 不接地系統(tǒng)接地時(shí)造成電壓互感器燒毀
原因分析與解決措施
2016-07-22
為什么出現(xiàn)接地故障時(shí)容易造成PT損壞故障呢？因?yàn)閭€(gè)人時(shí)間原因，給大
家簡(jiǎn)單講一個(gè)深入淺出的漸進(jìn)式分析過(guò)程吧。①把高電壓按比例關(guān)系變換成100V或更低等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)二次電壓，監(jiān)視母線電壓
及電力設(shè)備運(yùn)行狀況，并供保護(hù)、計(jì)量、儀表裝置使用。
②標(biāo)準(zhǔn)電壓使儀表和繼電器規(guī)格統(tǒng)一，易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。
③電壓互感器可以將高電壓與電氣工作人員隔離，且二次側(cè)可設(shè)接地點(diǎn)，確保人
員及二次設(shè)備的安全。
可以說(shuō)，電壓互感器就是一個(gè)有著特殊結(jié)構(gòu)和使用形式的小型變壓器。電力系統(tǒng)的任一回路都可簡(jiǎn)化成電阻R、感抗 wL、容抗 1/wC的串并聯(lián)回路。
不管是串聯(lián)還是并聯(lián)回路，當(dāng)容抗1/wC和感抗wL相等時(shí)，這個(gè)回路就會(huì)發(fā)生諧
振。
10kV中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中的電磁式電壓互感器一次繞組是電網(wǎng)對(duì)地唯一的
金屬性通道。單相接地或消失時(shí)，電網(wǎng)對(duì)地電容通過(guò)PT一次繞組有一個(gè)充放電
的過(guò)渡過(guò)程。試驗(yàn)測(cè)得此時(shí)常常有最高幅值達(dá)數(shù)安培的工頻半波涌流通過(guò)PT，
此電流足夠?qū)T高壓熔絲熔斷。在這一瞬變過(guò)程中，互感器高壓繞組中將會(huì)流過(guò)一個(gè)幅值很高的低頻飽和電
流，使鐵芯嚴(yán)重飽和，飽和后的電壓互感器勵(lì)磁電感變小，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)地阻抗趨
于感性，此時(shí)若系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的對(duì)地電感與對(duì)地電容相匹配，就形成三相或單相共振
回路，可激發(fā)各種鐵磁諧振過(guò)電壓，造成高壓互感器燒毀。
由此可見，如果遇到斷斷續(xù)續(xù)的接地故障（一般表現(xiàn)為單相接地），是非常
容易燒毀電壓互感器，或熔斷高壓熔絲的。
上文中提到鐵磁諧振這個(gè)詞，所以還有必要講一下鐵磁諧振的產(chǎn)生過(guò)程。
電力系統(tǒng)產(chǎn)生諧振的回路中，電感元件和電容元件就會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓和過(guò)電流，
此時(shí)的電場(chǎng)能量（電容）與磁場(chǎng)能量交換達(dá)到最大值。在高壓回路中，由于線路
等電氣設(shè)備對(duì)地存在分布電容，再加上電壓互感器之類的非線性鐵磁元件電感的
存在，具備了構(gòu)成諧振的必要條件，一旦系統(tǒng)電壓發(fā)生擾動(dòng)，就有可能會(huì)激發(fā)諧
振，由于鐵磁元件的非線性(如鐵芯飽和時(shí)感抗會(huì)變小)，這一諧振會(huì)進(jìn)一步增大，
當(dāng)出現(xiàn)wL=1/wC時(shí)，這種諧振稱為鐵磁諧振。
鐵磁諧振對(duì)地產(chǎn)生很高的過(guò)電壓，此電壓可能是額定電壓的幾倍至幾十倍，
致使瓷絕緣放電，絕緣子、套管等的鐵件出現(xiàn)電暈，電壓互感器一次熔斷器熔斷，
嚴(yán)重時(shí)將損壞設(shè)備。
在實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)生鐵磁諧振的具體原因：
①中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地、單相斷線或跳閘，三相負(fù)荷嚴(yán)重不對(duì)稱等。
其中，單相接地故障是鐵磁諧振最常見的一種激發(fā)方式。
②與電壓互感器鐵芯的飽和程度有關(guān)。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中使用中性點(diǎn)接地的
電壓互感器時(shí)，若其鐵芯過(guò)早飽和則更容易產(chǎn)生鐵磁諧振。③倒閘操作過(guò)程中由于運(yùn)行方式恰好構(gòu)成諧振條件，如三相斷路器不同期分合時(shí)，
都會(huì)引起電壓、電流波動(dòng)，引起鐵磁諧振。
終上所述，電壓互感器比較嚴(yán)重的故障都跟鐵磁諧振有關(guān)系，如何消除或減
少鐵磁諧振是確保電網(wǎng)正常運(yùn)行和保護(hù)電壓互感器的重要措施。如何消除鐵磁諧
振要先認(rèn)識(shí)一下發(fā)生諧振的震蕩頻率。
Xc0是系統(tǒng)每相容抗；Xm為電壓互感器的單相繞組在額定線電壓作用下的對(duì)
地勵(lì)磁電抗。
當(dāng)比值Xc0/Xm較小(在0.01～0.07)時(shí)發(fā)生的諧振是分頻諧振。電容和電感
在振蕩時(shí)能量交換所需的時(shí)間較長(zhǎng)，振蕩頻率較低。
當(dāng)比值Xc0/Xm較大(在0.55～2.8)時(shí)發(fā)生的諧振是高頻諧振。發(fā)生高頻諧
振時(shí)線路的對(duì)地電容較?。袷帟r(shí)能量交換較快。
當(dāng)比值Xc0/Xm接近于1時(shí)，發(fā)生諧振的諧振頻率與電網(wǎng)頻率相同，故稱之
為基頻諧振。
可以認(rèn)為：當(dāng)Xc0/Xm≤0.01或Xc0/Xm≥2.8時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生鐵磁諧振。
知道這一點(diǎn)，基本可以知道防止鐵磁諧振的方法和措施了。
①改變XC/XL的比值，如使用電容式電壓互感器（CVT）或在母線上接入一定大
小的電容器，使XC/XL＜0.01來(lái)避免諧振。
②電壓互感器開口三角繞組兩端連接一個(gè)適當(dāng)數(shù)值的阻尼電阻R（約為幾十
歐）。③對(duì)該供電區(qū)域10kV、35kV系統(tǒng)電容電流進(jìn)行實(shí)測(cè)，對(duì)電容電流超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定
的變電站安裝消弧線圈和消諧裝置。
經(jīng)過(guò)以上改良，也就基本可以消除10kV不接地系統(tǒng)接地故障造成電壓互感器燒
毀的故障。但萬(wàn)事也不是絕對(duì)的，還需要日常保養(yǎng)和對(duì)系統(tǒng)的了解、維護(hù)。
①對(duì)10kV架空裸導(dǎo)線定期進(jìn)行隱患排查，使其遠(yuǎn)離樹木、建筑物等。
②在有可能發(fā)生接地故障的線路加裝絕緣護(hù)套，市區(qū)或叢林密集地區(qū)用架空絕緣
導(dǎo)線代替裸導(dǎo)線。
③從特性上應(yīng)該了解鐵磁諧振產(chǎn)生的根本原因是鐵心飽和，即電壓互感器的勵(lì)磁
特性不好；電壓互感器的非線性鐵磁特性又是產(chǎn)生鐵磁諧振的根本原因，鐵磁元
件的飽和效應(yīng)本身，也限制了過(guò)電壓的幅值；回路損耗也使諧振過(guò)電壓受到阻尼
和限制。所以，在運(yùn)行維護(hù)中，應(yīng)該首選勵(lì)磁特性好的電壓互感器替換原來(lái)的互
感器。