摘要：某钢铁联合企业厂内配电35kV和10kV系统主要以电缆配出为主，对地电容电流较大，为减少单相接地时电容电流和谐振过电压的影响，其中性点均装有消弧线圈，每组电压互感器的开口电压二次均装有微机消谐装置。这种配置理应能避免电压互感器的铁磁谐振，但从2010年到2015年共发生单相接地9起，烧坏电压互感器有6起其中35kV系统烧坏电压互感器5起、10kV系统烧坏电压互感器1起，这其中更恶劣的有3起电压互感器崩坏造成短路炸坏高压柜的扩大事故。根据这几起电压互感器烧坏的现象，本文从消弧线圈的灭弧机理与电压互感器微机消谐原理来分析电压互感器的崩烧原因，提出非直接接地系统电压互感器消谐的改进建议。
关键词：消弧线圈；接地系统；原因分析
1.电压互感器崩烧状况
这些烧坏（崩烧）的电压互感器型号为JDZ型，环氧树脂浇注单相式组合，接线方式为Y0/Y0/△。故障现象基本一致，三相电压互感器底部有浇注物过热流出，呈黑色，电压互感器二次线烧损，特别是微机消谐接线端子处烧损较严重。
2.单相接地电弧特性及消弧线圈灭弧机理
2.1 电弧的本质
电弧是触头电流通过空气传导而产生的。所以又被认为是一种气体放电现象。实验得出，电弧其实是一种低温等离子体。其主要的外部特征有：（1）是一种自持放电现象，它不用很高的电压就可维持相当长时间的稳定燃烧而不熄灭；（2）是强功率的放电现象，在开断数十千安的短路电流时．电弧的温度可达上万摄氏度甚至更高．并且具有强辐射；（3）是等离子体，质量极轻，极容易改变形状。任何以等离子体态存在的物质，均具有导电性。
当接地电弧熄灭后，故障相恢复电压的特性与补偿电网的脱谐度、阻尼率以及故障后的残流有密切的关系。由于电网运行方式确定后，阻尼率便确定，因此在讨论时可把它作为一个常数。那么，脱谐度绝对值越小，残流越小，故障相恢复电压的最大值和初速度就越小，恢复时间越长，接地电弧越不容易重燃；反之，脱谐度绝对值越大，残流越大，故障相恢复电压的最大值和初速度就越大，恢复时间越短，接地电弧越容易重燃。对于电网阻尼率来说，随着d值的增大，恢复电压的初速度也会随之增大，恢复时间缩短，对接地电弧的熄灭将产生不利影响，同时还会出现谐振点偏移现象，所以电网阻尼率不应过大。
2.3 小结
综上所述，消弧线圈的作用是通过减小故障相电压恢复初速度，延长其恢复时间，并限制其电压最大值来降低电弧重燃的可能性。但是通过上面对电弧数学模型的分析，电弧能否重燃，取决于弧隙的介质强度恢复速度和系统恢复电压上升速度的竞争。消弧线圈仅能降低系统电压恢复的速度，但对电弧通路间介质绝缘强度的恢复无能为力。对于架空线来讲，主要靠空气绝缘，其绝缘强度的恢复速度很快，一般不容易起弧；而电缆的绝缘主要依靠其外部的绝缘层，一旦损坏，其绝缘强度很难恢复，所以消弧线圈只能将接地残流降低，尽量延长单相接地故障的扩大化。对于电缆较多系统单相接地故障而言，应尽快切除故障线路，从而防止事故的扩大化。
3.电压互感器崩烧的原因
3.1 铁磁谐振
铁磁谐振是指电磁式电压互感器与系统对地等效电容参数匹配时，而出现的铁磁谐振过电压，烧毁电压互感器，会影响系统的安全运行。
在中性点不接地系统中，电压互感器一次绕组中性点一般做接地处理。铁磁谐振一般发生在负荷较大波动、合闸、断线（线路一相或两相断线）和单相接地故障解除的时刻。在中性点不接地系统中，电压互感器的励磁电感与系统线路对地等效电容呈现为串联电路。在这种情况下，当系统发生单相接地时，故障点会流过电容电流，未接地相电压会升高为线电压，其对地电容上充以与线电压相应的电荷，在接地期间此电荷产生的电容电流一接地点为通路，在电源-故障线-大地间流通。
在单相接地期间，PT和对地等效电容呈现并联状态，由PT的励磁阻抗很大，其中流过的电流非常小。
当接地故障消失时（即接地故障解除），这时电流通路被切断而非接地相在接地期间已经充电至线电压下的电荷，就只有通过系统PT绕组，经其中性点进入大地。在这一瞬变过程，PT绕组会流过一个幅值很高的低频饱和电流，导致PT铁芯严重饱和。从而使PT励磁阻抗急剧下降，与系统对地等效容抗匹配，引发铁磁谐振。
系统在出现在负荷较大波动、合闸、断线等情况时，如同单相接地故障恢复时刻的状况相同，都可能会造成对地等效电容电荷的重新分配，致使PT的励磁感抗瞬间跌落，而引发铁磁谐振过电压。但出现铁磁谐振的前提是在系统中性点不接地，并且系统处于正常运行状态时，或单相接地故障恢复的瞬间才易出现。在这里需要指出的是，在单相接地故障期间是不具备铁磁谐振发生条件的。
3.2 PT二次绕组短路
电力系统中铁磁谐振的消除，过去一直是在PT开口三角形处并接一电阻或灯泡来吸收谐振能量和躲过谐振点，但现在大多使用微机消谐装置。微机消谐装置采用在PT开口三角形输出端并接一双向可控硅，同时采用微处理器及其数据采集系统对取自开口三角的电压信号进行分析，经过计算后向可控硅发出指令。当系统发生铁磁谐振时，PT开口三角形出现伴有不同频率成分的零序电压，装置根据不同频率，不同电压值自动识别并区分铁磁谐振与接地以及是分频谐振还是高频谐振，若为接地，则由信号继电器发出接地信号。仅当电网中发生铁磁谐振时，可控硅才会导通，三角绕组被短接，铁磁谐振在强烈的阻尼作用下迅速消失，当谐振消失后，可控硅恢复到阻断状态。
在发生单相接地时，一般伴有谐振，因而微机消谐会动作使双向可控硅动作，对PT开口绕组短接，若短接不能即时打开，就使PT二次绕组短路。若PT绕组二次出现短路，会瞬间使得PT一次绕组电流瞬时升高几百倍，绕组线圈急聚发热破坏绕组匝间绝缘，最终导致PT烧毁。在零序回路中，开口三角为系统的零序电压，当系统发生单相接地故障时，此时其电压值为100V，因此此刻的开口三角更是不可短路的。
从现场事故来看，崩烧的电压互感器其开口二次接入微机消谐的电压线均有烧毁，有的接线端子都烧融化了，说明PT二次通过了较大的短路电流。
4.总结
在这些PT崩烧的事故中，从消弧线圈的记录中可查询到，消弧线圈补偿动作正常，但其只尽量延长单相接地故障的时间。消弧线圈在接地补偿时，会有一些谐波分量出现，但含量有限不会对系统造成较大影响。而微机消谐装置所接的PT开口电压因二次短接不能即时打开造成PT二次短路崩烧了PT，扩大了事故。为防止单相接地时PT崩烧，使用微机二次消谐装置应慎重。现该企业在2015年时将微机消谐装置全退出运行，改为在PT开口三角形处并接一电阻，运行两年来，共发生4次单相接，未发生PT崩烧事故。
论文作者:唐力军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第4期
论文发表时间:2017/5/15
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