摘要：电磁式电压互感器其工作原理与变压器相同，基本结构也是铁心和原、副绕组。特点是容量很小且比较恒定，正常运行时接近于空载状态。电磁式多用于 220kV及以下电压等级，尤其在110kV以下电压等级基本全部覆盖。然而受设计制造经验、工艺水平及原材料等因素的限制，电磁式电压互感器存在较多的质量问题，在实际运行过程中发生了不少故障，威胁了电网的安全稳定运行。电力系统中经常会发生谐振过电压现象,特别是在10kV～35kV的中性点非有效接地系统中,由于电磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压较为频繁。这种内部过电压含影响电网安全稳定的运行。因此分析其产生的原因, 可以避免谐振过电压的再次发生。
关键词：电压互感器；铁磁谐振；防范措施
电磁式互感器的工作原理与变压器相同，基本结构也是铁心和原、副绕组。特点是容量很小且比较恒定，正常运行时接近于空载状态。电压互感器本身的阻抗很小，一旦副边发生短路，电流将急剧增长而烧毁线圈。所以，电压互感器的原边接有熔断器，副边可靠接地，以免原、副边绝缘损毁时，副边出现对地高电位而造成人身和设备事故。测量用电压互感器一般都做成单相双线圈结构，其原边电压为被测电压（如电力系统的线电压），可以单相使用，也可以用两台接成V-V形作三相使用。通过10kV～35kV的中性点非有效接地系统中的故障案例，由于设计选型的原因, 互感器磁路易饱和, 在系统波动或单相接地的诱发下, 电压异常升高相的互感器磁路过饱和, 当互感器电感与系统电容参数相匹配便会发生谐振。
一、铁磁谐振特点
1、电磁式电压互感器铁心伏安特性的非线性是产生铁磁谐振过电压的根本原因。对于励磁特性较差的电压互感器, 在额定电压下已使铁心工作点接近于饱和区, 由它组成的谐振回路易发生谐振。铁心的非线性会限制谐振过电压的幅值,因此, 这种谐振过电压基本不超过3U0 。
2、电压互感器上的初始电感L愈小, 感抗愈接近容抗, 则UL和UC相交点的电流I愈小, 激发谐振需要的扰动电压就愈小, 产生谐振过电压的概率也就愈大, 电网正常工作点的稳定区就愈小。
3、电压互感器的铁心电感伏安特性愈接近线性状态, 则UL的交点愈往后移, 虽然谐振过电压的幅值会愈高, 但产生谐振所要的激发电流I也就愈大, 产生谐振过电压的机会也就愈小, 电网稳定工作区就愈大, 如果电压互感器铁心的伏安特性线性度很高, 实际电网不可能产生这样足够强烈的激发, 也就消除了发生谐振的可能性。
4、当电压互感器固定后, 电容C的大小对谐振也有很大影响, 电容C愈大, 电压UC和UL之间的差别愈大, 二者交点愈往后移, 相应交点的电流就愈大, 虽然谐振过电压的幅值会愈高, 但产生谐振所需的激发就愈强烈, 发生谐振的几率也就愈小。电网正常工作的稳定区也就愈大, 因此, 增大C也有可能消除谐振。 随着电网规模的缩小, 电容C减小, 电压E值升高, 铁心电感非线性程度加深, XL/XC 增大, 电网依次可能发生1 /2次谐波谐振和3次谐波谐振。
5、1 /2次谐波最容易发生。其励磁电流较大, 可达额定励磁电流的几十倍以上, 易引起高压熔丝熔断, 互感器烧坏。由于受互感器铁心饱和程度的影响, 这种谐振过电压幅值一般不超过2倍额定电压, 表现形式为三相对地轮流升高, 忽高忽低地频繁摆动。3次谐波较少发生。对易发生1/2次谐振的电网, 一般不发生3次谐波谐振。反之亦然。电阻R的存在使L和C两端的过电压有所降低, 谐振工作点向前移动, 谐振范围减小,谐振过电压幅值降低。
二、谐振过电压的产生
在10 kV～35kV的中性点非有效接地系统中, 由于变压器、电压互感器等设备中的铁磁元件磁饱和现象, 使回路中的电感量发生变化, 在一定条件下激发产生持续的较高幅值的铁磁谐振过电压。由于铁磁谐振的频率不同, 故可以是基波谐振、高次谐波谐振、分次谐波谐振。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当谐振发生时其铁心处于高度饱和状态, 其表现形式可能是相对地电压升高, 励磁电流过大, 或以低频摆动, 引起绝缘闪络、避雷器炸裂、高值零序电压分量产生、虚幻接地现象出现和不正确的接地指示动作。严重时还可能诱发保护误动作或在电压互感器中出现过电流引起电压互感器烧坏。某局110kV变电站10kVI段母线电压互感器爆炸是因为产生谐振过电压引起的。分析其原因, 是由于电磁式电压互感器的非线性电感与系统的对地电容构成的铁磁谐振所引起。当发生谐振时电磁式电压互感器一相绕组电压升高而引起各相导线对地电压发生变化而线电压保持不变, 另一方面电源变压器的绕组电势是固定的。因此, 在整个电网中, 对地电压的变动表现为电源变压器的中性点位移。中性点的位移电压就是电网的对地零序电压, 因此谐振现象是在零序回路内产生的。过电压的影响因素，电压互感器本身结构、其固有的伏安特性及损耗影响；电网零序电容的影响。改变电网的零序电容, 回路中可能出现由一种谐振状态改变为另一种谐振状态。如果零序电容过大或过小, 就可以脱离谐振区域避免谐振的产生。电网频率的变动、回路的阻尼作用及激发程度都可以影响到谐振过电压。
三、电磁式电压互感器防范措施
防止和消除电压互感器产生谐振过电压, 一是改变系统参数, 破坏产生谐振的条件。电压互感器引起铁磁谐振，对于1/2分频谐振区, 阻抗比XCO /XL约为0.01～0.08;基波谐振区, XCO /XL约为0.08～0.8;高频谐振区, XCO /XL约为0.6 ～ 3.0;为了避开这些谐振区域, 可以改变参数XCO或XL来实现, 可选用伏安特性好的电压互感器或装设消弧线圈。在中性点不接地系统中, 中性点经消弧线圈接地, 能够帮助瞬间接地电弧的熄灭,从而有效防止单相弧光接地引起的过电压, 而且还能完全消除因电压互感器参数改变引起的电网铁磁谐振。还可以增大回路的阻尼效应。对于全绝缘的电磁式电压互感器, 采取的措施是在其直接接地的高压绕组尾部三相全部连接到一点后与消谐器的首端连接, 然后将消谐器的末端直接接地, 这种阻尼方式特别适合于对地电容较大的电网;或在电磁式电压互感器的开口三角绕组两端接入消谐装置, 这样既可以消除基波谐振, 又可以消除高次谐波和分次谐波谐振。
1、在设备选型期间, 选择励磁特性较好的电压互感器, 对于一次侧没有装设刀闸或熔断器的电压互感器应慎重考虑。在必要时可以考虑改用电容式电压互感器。
2、由于铁磁谐振具有很大程度上的偶然性,并非每次操作均会诱发。当发现电压互感器存在铁磁谐振危险时, 可以暂时将设备退出, 稍后再重新投入, 也可以避免部分事故的发生。
3、提高运行人员对此类事故的认识水平。在电压互感器发生故障前, 总会出现相关的一些报警, 如在此次事故中, 4771断路器合闸后曾出现1 号主变A 套和B 套保护相继发出低压侧接地故障报警, 就是由于铁磁谐振而导致1号主变低压侧电压互感器的零序电压所形成。运行人员要针对电气保护的报警进行分析作出判断, 以便及时采取措施。
4、诱发电压互感器的铁磁谐振大多为: 电压互感器的突然投入; 线路发生单相接地; 系统运行方式的突然改变; 线路非全相运行或者断路器三相不一致分合; 系统负荷发生较大的波动; 电网频率的波动; 负荷的不平衡变化等情况, 所以运行人员必须加强监测, 一旦发现可疑现象及时进行必要的分析和处理。
电磁式电压互感器设备故障率较高， 通过密切监测电磁式电压互感器二次电压的变化情况来判断该设备是否正常是一种简单易行的有效方法。另外，可以通过定期红外测温检测等有效手段， 发现一些在线监测装置难以发现的缺陷，保证设备的安全运行。
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论文作者:杨静
论文发表刊物:《中国电业》2019年9月18期
论文发表时间:2020/1/14
标签：谐振论文; 电压互感器论文; 过电压论文; 电压论文; 电网论文; 铁心论文; 发生论文; 《中国电业》2019年9月18期论文;