35kV電壓互感器諧振故障時(shí)運(yùn)行方式和預(yù)防措施

 電磁諧振是電網(wǎng)普遍存在并頻繁發(fā)生的一種過電壓現(xiàn)象，對電網(wǎng)設(shè)備，特別是電壓互感器（TV）設(shè)備危害較大，極易引起TV設(shè)備燒毀及爆炸。下面結(jié)合洪湖市供電公司110kV灘橋變電站35kVTV燒毀情況，分析電磁諧振的過程及防范措施。

110kV灘橋變電站于2004年4月12日投運(yùn)（35kVTV因質(zhì)量問題6月5日投運(yùn)）。6月20日14時(shí)30分，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)35kV電壓互感器失壓。經(jīng)檢查，C相電壓互感器聲音異常，并有絕緣油不斷從油箱頂部溢出。14時(shí)40分經(jīng)調(diào)度同意，35kV電壓互感器退出運(yùn)行。

1故障時(shí)運(yùn)行方式

35kV母線帶灘熊線（17km）、2#站變壓器、TV消諧器投入。35kV系統(tǒng)為不接地運(yùn)行方式。

2故障原因

該TV型號為JDJJ-35（油浸式單相三繞組電壓互感器）。該組TV在投運(yùn)前安裝作常規(guī)試驗(yàn)時(shí)，已多次發(fā)現(xiàn)絕緣試驗(yàn)及油試驗(yàn)不合格導(dǎo)致不能正常投運(yùn)，并經(jīng)現(xiàn)場處理或更換，其檢查情況及數(shù)據(jù)如下：

（1）3月2日，常規(guī)試驗(yàn)及絕緣油分析試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)三個(gè)TV絕緣油不合格和一個(gè)TV絕緣不合格。
（2）4月2日，更換三個(gè)TV（編號為：382-02、381-02、381-03）后，對更換后的TV進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)及絕緣油試驗(yàn)，仍發(fā)現(xiàn)一個(gè)TV（編號為：382-02）不合格。
（3）6月2日，再次更換上述不合格TV（將382-2更換為381-07）后，35kVTV于6月5日35kV灘熊線投運(yùn)時(shí)投入使用。投運(yùn)時(shí)現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)正常。

6月9日、6月12日，因雷擊導(dǎo)致35kV電壓互感器的熔斷器二次熔斷（運(yùn)行記錄）。

6月20日，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)TV失壓，C相電壓互感器有油冒出。經(jīng)荊州電力試驗(yàn)所對故障TV檢查，結(jié)論為：該互感器絕緣電阻大為降低，不便于做強(qiáng)電檢測試驗(yàn)。綜合分析絕緣油中溶解氣體色譜分析、微水試驗(yàn)及電氣檢測試驗(yàn)，該絕緣油油質(zhì)過熱劣化，且已經(jīng)涉及到固體絕緣，微水大大超標(biāo)，在相同的溫度下，該互感器繞組直流電阻與合格互感器相比，無明顯差別，可見并未出現(xiàn)匝間擊穿。該互感器儲油柜油與空氣直接相通，且防雨蓋起不到防止雨水滲入及潮氣入侵作用。檢測數(shù)據(jù)如表2。

對于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，如果忽略線路的有功損耗和相間電容，僅考慮TV的電感L與線路的對地電容C0，則等值電路圖可以表示為，當(dāng)C0達(dá)到一定值TV不飽和時(shí)，XL＞XC0，而當(dāng)加在TV上的電壓繼續(xù)增加，并大到一定數(shù)值時(shí)，TV的鐵芯飽和，XL＜XC0，這樣就構(gòu)成了諧振條件。

系統(tǒng)正常時(shí)，TV鐵芯不飽和，XC＜XL，三相負(fù)載呈容性；如果此時(shí)系統(tǒng)電壓發(fā)生擾動(dòng)，如系統(tǒng)操作、雷電、接地等，在這個(gè)過渡過程中TV的三相勵(lì)磁繞組所受的沖擊程度不同，受到較大沖擊的相要發(fā)生電壓相位的位移，亦即發(fā)生位移的相中的負(fù)載由容性變?yōu)楦行訶L＜XC0；用等值發(fā)電機(jī)原理，。由此可見是一個(gè)串聯(lián)諧振電路。

激發(fā)TV磁飽和發(fā)生諧振的原因有很多，主要為：①操作過電壓：包括互感器在內(nèi)的空載母線或送電線路的突然合閘，使得TV的某一相或二相繞組內(nèi)產(chǎn)生巨大的涌流和磁飽和現(xiàn)象；②雷擊過電壓：由于雷擊或其它原因，線路中發(fā)生瞬間弧光接地，使得其它兩相電壓瞬間升到線電壓，而故障相電壓在接地消失后又瞬間恢復(fù)至相電壓，以至造成暫態(tài)勵(lì)磁電流的急劇增大和鐵芯的磁飽和；③磁飽和的產(chǎn)生也可能由于另一繞組瞬間傳遞過來的過電壓或者系統(tǒng)運(yùn)行方式的突然改變、負(fù)荷劇烈波動(dòng)等所引起的系統(tǒng)電壓的強(qiáng)烈擾動(dòng)。

鐵磁諧振是一個(gè)非常復(fù)雜的非線性振蕩過程，TV伏安特性飽和得越快，諧振的區(qū)域越廣。諧振大致分為分頻諧振、基波諧振、高頻諧振，基波和高次諧波的諧振過電壓的幅值很少超過3Uj，故除非存在弱絕緣設(shè)備，是不會產(chǎn)生危險(xiǎn)的。對于分頻諧波，由于頻率只有工頻的一半，勵(lì)磁感抗相應(yīng)降低一半，使得勵(lì)磁電流急劇增加，有時(shí)甚至達(dá)到額定值的100倍以上，使得互感器發(fā)生嚴(yán)重的磁飽和現(xiàn)象，因而限制了過電壓幅值，通常在2Uj以下，中性點(diǎn)位移電壓一般不超過Uj，但大電流持續(xù)時(shí)間過長，勢必引起TV高壓熔絲熔斷，或者造成TV本身冒油和燒毀。

依據(jù)TV鐵磁諧振理論、現(xiàn)場運(yùn)行方式，有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：由于TV設(shè)備本身存在嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷，加上運(yùn)行中沒有采取有效的消諧措施，致使設(shè)備絕緣損壞，zui終燒毀。

4預(yù)防措施

電力系統(tǒng)過電壓現(xiàn)象十分普遍，如果沒有防范措施，隨時(shí)都有可能造成電氣設(shè)備損壞和大面積的停電事故。目前，我國35kV及以下配電網(wǎng)，仍大部分采用中性點(diǎn)不接地方式或采用老式的消弧線圈接地。從電網(wǎng)的運(yùn)行實(shí)踐證明，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中由于電壓互感器鐵芯飽和引起的鐵磁諧振過電壓比較多，盡管采取了不少限制諧振過電壓的措施，如：消諧燈、消諧器等等，但始終沒有從根本上得到解決。由于諧振過電壓作用時(shí)間長，所引起諧振現(xiàn)象的原因又很多，因此在選擇保護(hù)措施方面造成了很大的困難。為了盡可能的防止諧振過電壓的發(fā)生，應(yīng)著重從以下幾個(gè)方面采取措施：

在設(shè)計(jì)和設(shè)備選型階段，應(yīng)選用勵(lì)磁特性不易飽和的，絕緣性能較高的TV；

安裝具有自動(dòng)調(diào)諧原理的接地補(bǔ)償裝置，通過補(bǔ)償、全補(bǔ)償和欠補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行方式，來達(dá)到防止諧振過電壓的目的；

在系統(tǒng)的中性點(diǎn)上接入消弧線圈，破壞發(fā)生諧振的條件，能有效抑制諧振過電壓的發(fā)生。