10kV電壓互感器燒毀事故分析及防范措施

　　1 現(xiàn)場情況 　

　　興隆供電分公司所屬兩座35kV綜合自動(dòng)化變電站，中性點(diǎn)不接地方式運(yùn)行，采用的是電磁式三相五柱式電壓互感器，型號為JSZW-10，兩站自運(yùn)行起分別在一年內(nèi)發(fā)生電壓互感器燒毀事故，根據(jù)事故調(diào)查分析，均是由鐵磁諧振過電壓引起。 

　　為了使監(jiān)視中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí)得到報(bào)警信號，通常是把三線圈電壓互感器的一次側(cè)接成星形，中性點(diǎn)接地；二次側(cè)也是星形，中性點(diǎn)也接地；三次側(cè)是輔助線圈，接成開口三角形。

　　這樣的系統(tǒng)中性點(diǎn)是不穩(wěn)定的。雖然它能夠給出真正的接地故障信號，但系統(tǒng)的對地容抗和互感器飽和時(shí)的勵(lì)磁電抗達(dá)到一定的比例時(shí)，就會(huì)發(fā)生鐵磁諧振，產(chǎn)生的過電壓也會(huì)發(fā)生故障信號，同時(shí)由于該型號電壓互感器的伏安特性較差，發(fā)生鐵磁諧振時(shí)，電壓互感器的三相電流將達(dá)到勵(lì)磁電流的數(shù)十倍甚至一百倍，此時(shí)極易造成電壓互感器線圈過熱燒毀事故。 

　　2 原因分析 

　　2.1 電壓互感器伏安特性的影響。H·A·Peterson曾對兩種典型伏安特性的鐵芯電感進(jìn)行模擬試驗(yàn)。

　　鐵芯電感的伏安特性愈好，即鐵芯飽和得愈慢，諧振區(qū)愈向右移，也即諧振所需要的阻抗參數(shù)XC0/XL愈大；反之，愈向左移，即諧振所需XC0/XL愈小。還可以看出，諧振區(qū)域與阻抗比XC0/XL有直接關(guān)系，對于1/2分頻諧振區(qū)，阻抗XC0/XL約為0.01~0.08;基波諧振區(qū)，XC0/XL約為0.08~0.8;高頻諧振區(qū)， XC0/XL約為0.6~3.0.當(dāng)改變電網(wǎng)零序電容時(shí)，XC0/XL 隨之改變，回路中可能出現(xiàn)由一種諧振狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N諧振狀態(tài)。如果零序電容過大或過小，就可以脫離諧振區(qū)域，諧振就不會(huì)發(fā)生�？紤]到電力系統(tǒng)中運(yùn)行著的電壓互感器及系統(tǒng)的具體情況總與模擬情況有差異，因此，H·A·Peterson的模擬試驗(yàn)結(jié)果，僅用來定性估計(jì)系統(tǒng)阻抗參數(shù)的匹配情況，而對于不同型號、不同出廠日期、不同廠家制造的電壓互感器，其諧振區(qū)域應(yīng)根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)加以確定。

　　在現(xiàn)場，一般可以測量出電網(wǎng)的對地電容電流，進(jìn)而 計(jì)算 出對地電容，由XC0/XL估算該電網(wǎng)是否處于諧振區(qū)。若在諧振區(qū)，再進(jìn)一步判定可能是哪一種諧振。電網(wǎng)的電容電流也可用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算  Ic=3Ux×103/Xco 式中Ic-電容電流，A；Ux-電網(wǎng)運(yùn)行相電壓，kV；Xco-線路對地容抗，Ω。 

　　可知，當(dāng)X0/Xm＜0.01時(shí)，不發(fā)生諧振；隨著（X0/Xm）的增大，依次發(fā)生1/2分頻、基頻、三倍頻諧振，相應(yīng)地，發(fā)生諧振所需的外加電壓也逐漸增大。由于運(yùn)行中的一般都是額定相電壓（0.58Ur，Ur為額定線電壓），因此1/2分頻時(shí)較多發(fā)生基波諧振，高次諧波的諧振較少。分頻諧振的頻率并非嚴(yán)格等于1/2次，分頻諧振時(shí)，鐵心高度飽和，勵(lì)磁電流劇增數(shù)十甚至一百倍，導(dǎo)致電壓互感器燒毀或保護(hù)用熔斷器熔斷。

　　2.2 電壓互感器結(jié)構(gòu)的影響。H·A·Peterson模擬試驗(yàn)采用的三臺(tái)單相小容量變壓器，相當(dāng)于三臺(tái)單相電壓互感器，而現(xiàn)場運(yùn)行著的電壓互感器，既有三臺(tái)單相電壓互感器組，也有三相五柱電壓互感器，它們在諧振激發(fā)上是不同的。試驗(yàn)研究表明，單相電壓互感器組的起振電壓較三相五柱電壓互感器的低，也就是說，單相電壓互感器組容易激發(fā)諧振。這主要是由于兩者碰路結(jié)構(gòu)的差異，造成零序阻抗不同所致。

　　三芯五柱互感器和單相互感器組的磁路。單相互感器組零序磁通的磁路和正序磁通的磁路一樣，每相都有自己的閉合回路，因而零序阻抗等于正序阻抗。對三芯五柱電壓互感器，由于零序磁通經(jīng)過兩個(gè)邊往返回，所以其磁路長，而且鐵芯截面小，因而其零序磁通磁阻較單相互感器組要大得多。由上所述，諧振是由于零序磁通造成的，三芯五柱互感器零序磁通遇到的磁阻大，諧振就不容易產(chǎn)生。 　  

　　由于磁路的差異， 計(jì)算 和測量這兩類電壓互感器零序阻抗時(shí)所用的電壓是不同的。由于電網(wǎng)發(fā)生諧振時(shí)，作用在電壓互感器上的電壓是正序電壓與零序諧振電壓的疊加，對于三芯五柱互感器，零序電壓接近于相電壓，正序電壓對零序電壓阻抗影響不大，所以及取相電壓下的相應(yīng)感抗值。

[$page]　　3 防范措施

　　綜合以上H·A·Peterson對鐵磁諧振的分析，防止鐵磁諧振的措施，就是把諧振區(qū)域的范圍盡可能縮小，或者設(shè)法躲開諧振區(qū)，可以從以下幾方面進(jìn)行： 

　　發(fā)生鐵磁諧振時(shí)，由繼電保護(hù)將開口三角暫時(shí)短接。這時(shí)，可能在不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)某一部分得到穩(wěn)定，但在諧振過后，應(yīng)立即將短接的開口三角打開，避免系統(tǒng)單相接地時(shí)沒有信號。

　　測出配電系統(tǒng)對地零序容抗Xco和電壓互感器的勵(lì)磁電抗Xm，如果兩者相等，則在配電系統(tǒng)接入一組星形中性點(diǎn)接地的小容量的電容器，或者在變電所受電前，在二次側(cè)的母線上，投入一條饋電線，使系統(tǒng)對地容抗與互感器電抗比值，遠(yuǎn)離不穩(wěn)定區(qū)域。

　　降低電壓互感器的運(yùn)行電壓，在10kV配電系統(tǒng)中，使互感器的運(yùn)行電壓從10kV降到5.8kV，不穩(wěn)定區(qū)域?qū)⒋蟠鬁p小，分頻區(qū)域?qū)⒖s小一半，基頻區(qū)域只有很小的一部分，且不存在三次諧波的不穩(wěn)定區(qū)域。這個(gè)措施的缺點(diǎn)是，電壓互感器沒有連接電壓表的出線了。 

　　在電壓互感器線圈固有的電阻基礎(chǔ)上，增加外接直流電阻，以縮小鐵磁諧振的范圍，接入電阻時(shí)應(yīng)了解電阻的容量。因?yàn)殡妷夯ジ衅鳟a(chǎn)生鐵磁諧振的條件和互感器特性曲線的飽和點(diǎn)有關(guān)，為了使電壓互感器因電壓升高而不進(jìn)入飽和狀態(tài)，選擇電阻的容量最好等于電壓互感