基于實(shí)例的110kV變電站10kV電壓互感器諧振分析及應(yīng)對(duì)措施探討

陳本珍

【摘 要】 110kV變電站10kV側(cè)中性點(diǎn)不接地情況下，其電壓互感器會(huì)在特定外部條件誘發(fā)下，與該變電站下轄配網(wǎng)的電容元件發(fā)生鐵磁諧振，形成長(zhǎng)時(shí)間過電壓，進(jìn)而造成電網(wǎng)元件的大面積損壞。文章首先依托某實(shí)際案例闡述了諧振的表象與分類，其次就諧振形成機(jī)理作詳細(xì)分析，并佐以實(shí)例說明，最后提出針對(duì)性措施。文章的研究層次清晰、內(nèi)容詳實(shí)，可作為提高電網(wǎng)運(yùn)行水平的有效參考。

【關(guān)鍵詞】 電網(wǎng)諧振 電壓互感器 應(yīng)對(duì)措施

1 引言

眾所周知，單相接地故障占據(jù)了10kV配網(wǎng)故障的80%以上[1]，為了避免該類故障的停電影響，很多110kV變電所的10kV側(cè)設(shè)為中性點(diǎn)不接地，并將10kV電壓互感器置為“Y-0”配線。在這種情況下，PT的勵(lì)磁感抗與電網(wǎng)對(duì)地電容組成L-C回路。當(dāng)某種條件形成時(shí)，該L-C回路會(huì)發(fā)生振蕩，使電網(wǎng)電壓嚴(yán)重失衡、使相關(guān)設(shè)備面臨絕緣擊穿風(fēng)險(xiǎn)，并造成大面積停電。因此，預(yù)防電網(wǎng)諧振是非常必要的。

2 電網(wǎng)諧振概述

2.1 諧振表象

電網(wǎng)發(fā)生諧振的最主要表象就是三相電壓嚴(yán)重異常以及中性點(diǎn)電壓的大幅抬升。圖1所示為以A變電站為例的諧振曲線。

2.2 諧振分類

仍以A變電站為例，其發(fā)生諧振的整個(gè)過程中，小電流選線裝置報(bào)出多個(gè)諧振頻率。一般來說，諧振是按頻率分類的[2]。（1）分頻諧振。其頻率為工頻的1/2、1/3、1/4等。特點(diǎn)：線電壓基本不變，相電壓升高，零序電壓在100V附近。（2）高頻諧振。其頻率為工頻的3、5、7倍等。特點(diǎn)：線電壓不變，相電壓周期擺動(dòng)，零序電壓100V以下。（3）基頻諧振。PT異響嚴(yán)重，兩相升高一相降低，零序電壓150V以上，現(xiàn)“虛幻”接地假象。

3 諧振原因剖析

諧振發(fā)生有兩個(gè)條件：①系統(tǒng)運(yùn)行在欠補(bǔ)態(tài)，即。其中，為電源角頻率、L為系統(tǒng)電感、C為系統(tǒng)對(duì)地電容；②出現(xiàn)外加干擾，如不同期合閘、單相接地等等。

圖2所示為110kV變的10kV側(cè)等值電路。

上圖中，EA、EB、EC為電源側(cè)電勢(shì)，C0為各相對(duì)地電容，LA、LB、LC為10kV壓變勵(lì)磁電感。則中性點(diǎn)對(duì)地電壓可由下式表示。

諧振發(fā)生前，電路的各相是對(duì)稱的，有LA=LB=LC，進(jìn)一步推出YA=YB=YC，而EA、EB、EC幅值相等相位互差120°角，因此UN為零。

當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)異常干擾時(shí)，會(huì)有相電壓發(fā)生瞬間躍變，從而使流經(jīng)該相的PT電流出現(xiàn)激增。而由于10kV壓變?yōu)殡姶判?，其鐵芯易趨飽和，電流增加的結(jié)果必然是PT的勵(lì)磁電感減小，最終可能使YA、YB、YC中至少一個(gè)呈現(xiàn)感性，并導(dǎo)致YA+YB+YC=∑Y減小甚至接近0。這樣，根據(jù)式（1），∑Y的減小必然使UN急速上升，從而使故障發(fā)生擴(kuò)散。

4 實(shí)例展示

仍以A變電所為例。該變電所共有10kV出線13條，其中電纜總長(zhǎng)5.438km，架空線總長(zhǎng)131.916km。采用文獻(xiàn)[3]的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到系統(tǒng)總電容電流約為11.1A，換算至容抗量值約，而10kV壓變的勵(lì)磁感抗為兆歐級(jí)，因此對(duì)A站來說，有。2015年9月初，該站轄區(qū)有一10kV線路多次發(fā)生間歇性單相接地，造成變電所的PT熔絲多次熔斷，最后引發(fā)PT爆炸。原因剖析：發(fā)生單相接地時(shí)，電容電流會(huì)在電網(wǎng)和大地之間流動(dòng)；當(dāng)接地故障間歇消失，電容電流的流動(dòng)通道就被切斷，使得因故障產(chǎn)生的自由電荷呈幾何級(jí)數(shù)級(jí)積累；而根據(jù)物理機(jī)制，這部分自由電荷一定會(huì)找絕緣薄弱處對(duì)地進(jìn)行釋放，而星接的PT一次繞組就符合這個(gè)條件，這也是諧振中PT容易損壞的主要原因。

5 應(yīng)對(duì)措施

根據(jù)上文分析，結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，提出以下建議：（1）盡量選用性能良好的抗諧振電磁式PT。（2）采取一次消諧措施。如在PT中性點(diǎn)與接地點(diǎn)之間串接消諧電阻、單相電壓互感器等。（3）采取二次消諧措施。如在壓變二次開口三角處接500W以下燈泡或并接微機(jī)消諧裝置等。（4）定期在變電站進(jìn)行電容電流測(cè)量（特別當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生重大變化后），一旦電容電流值接近某種限值，應(yīng)將中性點(diǎn)不接地改為經(jīng)消弧線圈接地。（5）最大程度減少電網(wǎng)中電壓互感器中性點(diǎn)接地?cái)?shù)量。具體做法是，每個(gè)變電站保留1～2個(gè)接地點(diǎn)，用戶配電室的壓變不接地，采用V-V接線。

6 結(jié)語

110kV變電站的10kV側(cè)中性點(diǎn)采用不接地方式容易引發(fā)PT鐵磁諧振，造成大面積設(shè)備損壞和停電，是電力運(yùn)行的“一大威脅”。設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合電網(wǎng)實(shí)際，選用合理的接地方式、采取可靠的消諧措施；運(yùn)維人員應(yīng)密切關(guān)注電網(wǎng)電容電流的變化，制定應(yīng)對(duì)電網(wǎng)諧振事故的緊急預(yù)案，做到有備而無患。

參考文獻(xiàn)：

[1]余宇紅.10kV電網(wǎng)鐵磁諧振消諧仿真的研究[J].上海：供用電，2009：26（1）：22-24.

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[3]楊洪平.中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)鐵磁諧振的產(chǎn)生及措施[J].山東：山東電力技術(shù)，2009： 21（3）：43-45.