某变电站谐振事件的分析及预防措施

某变电站谐振事件的分析及预防措施

包华

（国网四川省电力公司遂宁供电公司四川遂宁629000）

摘要：在电力系统中引起电网过电压的原因很多，其中谐振过电压出现相对频繁，其危害性较大。过电压一旦发生，往往会造成电气设备的损坏、烧毁，发生停电事故。本文通过对某变电站的一次过电压事件分析，突显了谐振对电网的危害，并提出针对性的解决措施，确保设备的安全、稳定、运行。

关键词：电力系统；电压互感器；谐振

0引言

电力系统中过电压较为普遍，随着电网的发展，电网参数接近或达到谐振条件的机率越来越多，一起普通的谐振可能造成系统长时间的过电压，甚至于造成互感器损毁等后果；据多年来的生产运行记载和事故分析表明，谐振过电压在35kV、10kV电网中发生的频率较高，特别是在阴雨、雷暴雨、刮风等特殊天气时，35kV、10kV设备发生间歇性接地的频率较高，因发生接地使得系统参数满足谐振条件时，便会产生谐振过电压，造成电压互感器一次保险熔断，严重时将损坏设备。

一、事件经过

2011年10月16日16:35监控值班员巡盘时发现某变电站10kV母线电压不平衡（Ⅰ母A相：5.96kV，B相：5.84kV，C相：0kV；Ⅲ母A相：5.87kV，B相：5.95kV，C相：0kV），立即向值班调度员汇报。

16:45当值调度下令监控人员远控操作将该站10kV956开关由运行转热备用，母线电压仍不平衡；16:48当值调度下令将956开关由热备用转运行，并将971开关由运行转热备用，操作结束后，母线电压仍不平衡，调度员通知操作人员到现场检查。

17:15操作人员到站对10kV高压室设备进行检查时，发现室内有很重的焦味，未见明显故障点，当即报告了当值调度和当值班长。

17:29当值调度令将10kV母联913开关由运行转热备用，操作后Ⅰ、Ⅲ母线电压仍旧不平衡。

17:45当值调度令将线956、958、971开关由运行转热备用，操作完毕后，母线电压仍不平衡。

17:53当值调度令将Ⅰ#主变低压侧901开关、Ⅱ#主变低压侧902开关由运行转热备用，操作结束，10kVⅠ母、Ⅲ母失压。

18:02将10kVⅠ、Ⅲ段母线PT918、938开关拉至检修位置，检查发现Ⅰ、Ⅲ母C相PT均损坏。

21:50检修结束，逐步恢复供电。

二、事件分析

事件发生后，生产主管部门组织相关人员到现场调查了保护装置、简报、消谐装置及保护后台等相关信息，根据现场数据及现象做出如下分析：

1、该站10kV系统的中性点系不接地系统，有星形接线的中性点接地的电压互感器，10kV负荷变化一直较大。负荷变化如下图：

图一：1#主变10kV侧负荷变化情况

图二：2#主变10kV侧负荷变化情况

2、事件发生时，两台主变10kV侧的电压发生了较大的变化（如图）

图三：1#主变10kV侧电压变化情况

图四：2#主变10kV侧电压变化情况

（注：红色为UA，黄色为UB，紫色为UC）

由以上资料可以清楚的知道：当电压发生突变时UA、UB均大幅上升，UC先降再大幅上升然后迅速下降。

3、图三上可清楚的看到电压变化的上限有一定值，不会趋向于无限。图四的电压变化较快，其电压峰值还未达到定值就迅速下降。（特别是1#主变10kV侧的第二次图形，第一次发生过电压时两套PT的C相已经烧毁，故第二次时只有A、B相电压升高。）

4、系统发生谐振过电压的条件、现象有：

1）10kV系统的中性点系不接地系统，有星形接线的中性点接地的电压互感器，当系统遭到一定程度的冲击扰动，从而激发起铁磁共振现象；

2）系统发生基波共振时二相对地电压升高，一相对地电压降低。中性点对地电压(可由互感器辅助绕组测得电压)略高于相电压，类似单相接地，或者是二相对地电压降低，一相对地电压升高，中性点有电压，以前者为常见；

3）系统发生谐振时，在电容及电感上的过电压虽然比电源电压高，但它们是定值，不会趋向于无限。这种过电压倍数一般为1.5¬—2.5倍，极个别可达3.5倍以上。

综上所述，该站的故障现象符合系统发生谐振过电压时的特征。因此，判定这次电压互感器烧毁事件是因10kV系统发生谐振而引起过电压造成。

三、谐振的危害及预防措施

1、谐振的危害

（1）谐振过电压，会使那些有铁芯的电气设备中的铁芯迅速饱和，导致绕组的励磁电流迅猛增高。严重时，可达额定励磁电流的百倍以上。从而引起电压互感器的熔断器熔断、喷油、绕组烧毁甚至爆炸。

（2）在某些特定情况下，谐振过电压可能会很高(最大为相电压

的3.5倍左右)，引起绝缘闪络或避雷器爆炸。

（3）谐振过电压，会引起电压互感器、电流互感器、避雷器、绝缘子的瓷裙表面闪络而爆炸，甚至会形成短路。

（4）谐振过电压，会使电气设备的绝缘击穿而导致这些设备损毁。

（5）谐振过电压，会使有污秽的电气设备表面闪络，而引起短路。

（6）谐振过电压出现时，电网中可能并无接地点，但会出现虚幻接地现象，给运行值班人员造成错觉。

（7）谐振过电压出现时，如果工作、保护等接地网的接地电阻不合格，此过电压还可以通过设备的接地引下线，窜入接地网，使接地电压升高，从而危及现场人员的人身安全。

2、预防措施

（1）加装技术更先进的消谐装置进行消谐，将谐振遏制于萌芽状态。

（2）建议以后购买电压互感器时：1）选择励磁特性较好、不易饱和的电压互感器，使其工作点在励磁特性的线性部分，当有激发因素时，铁芯不饱和，也就难于激发谐振。从某种意义上说，这是最治本的措施。2）选用高电压等级的电压互感器，由于其故障点也在励磁特性的线性部分，一是不易激发谐振，二是万一发生谐振会使电压互感器中过电流的程度减轻。3）选用电容式电压互感器，此类电压互感器不存在铁芯饱和的问题。

（3）尽量减少系统中，中性点接地的电压互感器数量，从而改变系统的等值感抗。

（4）采用4PT式电压互感器，在三只电压互感器的中性点上串接一支同型号的电压互感器，对防谐振有较好的作用。

（5）供电半径超过规定要求的配电线路末端，最好加装电容补偿装置。此举，既可以改善末端用户的电压，提高功率因数，又增加了系统的容抗。

（6）据相关资料，功率因数在0.97左右时铁磁谐振发生的机率相对增高。如果出现过补偿，那发生的机率反而会下降。因此，在负荷变化时电容器要及时投退，控制功率因数不致太高。

（7）对架空线路或电缆线路较长时，尽量避免空载带电压互感器进行合闸，这样容易产生谐振过电压。

（8）提高断路器的检修质量，力保断路器的三相触头同时接通。

（9）集控中心监控系统应按《变电站运行监视信号采集规范》要求，将各种故障、事故信号及时、足量的上传至集控中心，并采用语音报警和光字牌闪烁警示，便于值班人员监视，及时发现故障、事故而进行处理。

结束语

为了防止系统发生谐振过电压造成设备损坏、用户停电事故，建议采用励磁特性较好、不易饱和的电压互感器或采用4PT式电压互感器，防止谐振现象的发生，保障设备安全、可靠运行。

参考文献：

[1]刘素涛.浅析电力互感器[J];机电信息;2010年12期

[2]刘长生.浅谈谐振过电压[J];攀枝花学院学报;2005年06期

[3]贾红琴.电磁式PT所致铁磁谐振过电压分析及抑制[J];高电压技术;2000年01期

[4]熊信银张步涵.电气工程基础[M].武汉:华中科技大学出版社,2005