摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的电力工程的发展也有了很大的进步。对于目前普遍应用于广东电网的10kV小电流接地系统，即中性点经消弧线圈接地，经常出现的10kV馈线单相接地或谐振或PT熔断器熔断而造成变电站10kV母线电压异常，在处理此类故障时，运行人员如果不能准确甄别，极易出现故障时间持续导致电网风险增加，甚至是错误判断。因此，为了提高变电站的运行可靠性，提升变电运行人员对上述故障的快速响应能力，有必要对不同故障类型进行案例分析。
关键词：10kv系统；单相接地；谐振故障分析
引言
本文引用110kV某变电站出现的10kV系统的两个案例，分析不同故障影响下10kV母线电压表象，便于变电运行人员对不同故障类型进行辨识，找到处理办法，提高快速响应能力。本文通过电压互感器单相接地和谐振的主要原因，说明了单相接地与谐振故障现象的根本区别。
1铁磁谐振形成机理及危害
1.1形成机理
电网中的电感元件有变压器的一次线圈、二次线圈，发电机线圈、消弧线圈、线路等效电抗等。电容参数有线路的相间电容、电容器补偿电容、线路对地电容、杂散电容等。电网正常运行时，整个系统的感抗大于容抗，远离谐振点。当系统中出现破坏系统参数的事件如接地拉路、雷击、跳闸、弧光接地等时，将会使系统的电感元件达到饱和状态，造成等值电感、电抗迅速减小，电容参数与电感参数达到匹配条件而引发铁磁谐振。在铁磁谐振发生后，电网由正常运行状态过渡到谐振状态，电容元件的电荷聚集，引发过电压及过电流事故。配电网中的铁磁谐振多为单相接地引起，以单相接地为例说明故障后系统电流及电压变化。假设某系统W相发生接地，故障发生时系统接线及向量图如图1所示。配电网正常运行时各相电压有效值相等，中性点电压UN=0。在W相接地后，W相电压UW=0，流过接地点的电流为整个系统的对地电容电流。由图1b可知，中性点电压UN=-UW，相电压升高为线电压，但此时各个相之间的线电压仍然对称，可连续对负荷供电。
1.2危害
随着城区变电站的负荷增大，出线电缆增多，因此发生接地后流过故障点的容性电流增大，故障产生的电弧不易熄灭，有可能引发连续性的弧光接地导致重合闸失败，并产生高于额定电压4~6倍的过电压。此时系统中励磁性能较差的TV将达到过饱和状态，可能造成TV熔丝熔断甚至喷油爆炸。此外，谐振过电压还会使系统中的绝缘薄弱点被击穿，造成设备损毁。
2要点分析
2.1电压互感器单相接地
对于小电流接地系统来说，若发生单相接地故障时，接地点将产生对地电容电流，电流值的大小与线路阻抗、线路长短等因素有关，此电容电流会在接地点产生电弧，导致过电压，对于非故障相来说，其相对地电压将要大大升高，在电弧接地过电压的影响下，对非故障设备造成了绝缘击穿的安全隐患，造成多点故障，致使故障范围扩大。当中性点不接地系统中发生金属永久性单相接地时，如A相接地，则Uan=0非接地相Ubn和Ucn的电压表指示由正常的58V升高到线电压100V，电压互感器开口三角两端出现几十伏电压（正常是约3V）,起动绝缘检查继电器发出接地信号并报警。当系统发生非金属性短路接地时，即高电阻、电弧、树竹等单相接地。如A相发生接地，则Uan的电压比正常相电压要低，其余两项Ubn和Ucn为58～100V，电压互感器开口三角处两端由约70V电压，达到绝缘检查继电器起动值，发出接地信号并报警。小电流接地系统发生单相接地情况，其中性点会发生偏移，故障相电压大大降低，非故障相电压则对应升高，线电压仍保持不变，通常允许继续运行两个小时。
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2.2电压互感器谐振
在系统谐振时，电压互感器将产生过电压使电流激增，此时除了造成一次侧熔断器熔断外，还将导致电压互感器烧毁。个别情况下，还会引起避雷器、变压器、断路器的套管发生闪络或爆炸。对于Yo/Yo电磁式电压互感器，在正常情况下线路发生的单相接地不会出现铁磁谐振过电压，只有在下列条件下，才可能引发铁磁谐振。由于小型变压器的绝缘老化，以致线圈绝缘击穿引起匝间，层间短路。虽然电网的中性点不接地，单相接地电流不大，但较之变压器的一次负荷电流要大得多，当配电变压器内部发生单相接地故障时，故障电流通过抗电能力强的绝缘油对地放电，也会产生不稳定的电弧激发电网谐振。运行中的电压互感器谐振过电压可在三相同时发生，出现各相电压严重不平衡。每次投入电压互感器时，各相的接触电阻以及同期性都随力量、速度的变化而变化，所以各相的谐振程度就不相同。各相对地参数不平衡，加上合闸瞬间相位角的即时性原因，导致一相至两相，甚至三相同时出现谐振现象。倘若发生的是分频谐振，因其频率较低，电压表会有周期性振动，但由于此时的感抗小，电压互感器的激磁电流很大，往往会将电压互感器烧毁。
2.3一次或二次熔断器熔断
一次侧熔断器熔断的可能原因有：（1）电力系统发生单相间歇性电弧接地时，会出现3至3.5倍额定电压的过电压，使电压互感器的铁芯饱和，励磁电流急剧增加，引起电压互感器高压熔断器熔断。（2）电力系统发生“铁磁谐振”过电压时，使电压互感器的励磁电流急剧增加，因而使高压熔断器熔断。（3）电压互感器内部故障或二次回路短路时，二次熔断器未及时熔断，也可造成一次侧熔断器熔断。二次侧熔断器熔断大多是因为二次回路上的短路、接地故障。一次侧熔断器的一相出现熔断，由于其磁路互通，在熔断相的二次侧还能够产生一定的感应电压，其电压会比实际电压值降低很多，其他两相电压值会有一定程度降低，从而导致熔断相与正常相之间的线电压出现降低情况，L与N之间将产生一定的开口三角电压。一次侧熔断器两相熔断，由于一次侧只有一相有电压，因此在二次侧非故障相电压基本维持正常值，而故障的两相只有很小的电压，其故障两相间的线电压基本变成零，与非故障相两相的线电压则基本是相电压大小。二次熔断器熔断器正常相二次电压基本不变，熔断相有极小的电压，正常相之间的线电压不变，非正常相与正常相之间线电压会出现降低，并且L与N之间不会有零序电压出现。综上所述，小电流接地系统发生单相接地故障和熔断器熔断故障时，电压互感器二次电压有所区别
3处理思路
运行人员接调度电话通知母线电压异常或接地信号故障时，应迅速到达现场检查一二次设备运行状况，根据现场情况进行合理分析并有效隔离消除故障。（1）在查找之前应分析故障出现的可能原因，比如是否在恶劣天气状况下，设备是否进行倒闸操作等。若此时变电站内仍然有相关二次回路工作，应该立即停止工作，检查是否由于工作原因导致故障。（2）对于10kV馈线出现单相接地故障情况，若站内配置了消弧选线装置，应将选线信息报告调度，由调度配合切除对应故障线路；如果没有配置消弧选线装置，则应采取拉路的办法逐条试验隔离，直到找到故障点为止。（3）对于熔断器熔断情况，则应根据站内实际情况申请电压互感器停电，更换相应故障保险，完成复电后，检查电压是否正常。
结语
变电站10kV母线单相接地故障及电压互感器熔断器熔断故障时有发生，当故障发生时，应当充分利用电压值、遥信信号、选线装置等数据，结合站内实际情况进行合理快速分析，找到故障原因迅速隔离故障，防止故障的扩大。本文通过对比不同故障的电压表象，提高故障分析和处理能力，确保变电站安全稳定运行。
参考文献
[1]张莉.10kV电压互感器防谐振措施[J].江苏电器,2007,04(27):40-42.
[2]赵彦婷,乔现平.电压互感器铁磁谐振的危害及消除方法[J].河南建材,2008,06(10)：59.
论文作者:尤峰
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第11期
论文发表时间:2019/8/13
标签：故障论文; 电压论文; 电压互感器论文; 谐振论文; 单相论文; 过电压论文; 熔断器论文; 《工程管理前沿》2019年第11期论文;