中性点不接地系统中谐振过电压探讨

中性点不接地系统中谐振过电压探讨

任华夏方诗满刘佳甄玲玉

(贵州电网有限责任公司贵州六盘水567183)

摘要：铁磁谐振使得电流大大增加，电压超限，严重时将损坏设备绝缘，造成电压互感器保险熔断，或使避雷器爆炸，导致事故的进一步扩大，因此对谐振过电压的产生及处理进行探讨。

关键词：线路接地；伏安特性；谐振过电压；励磁阻抗；

1探讨背景

于2018年04月02日【贵州电网】14:00分35kV大保线B相接地，35kV大响II回线A相接地，响水变及保田变存在单电源风险【发自企信盘州配调】。

故障经过：如图1；断开35kV龙保新线301断路器，导致110kV大山变II母（3条35kV线路）接地，断开110kV大山变II母上3条35kV线路，再依次试送；35kV大响II回线A相接地，35kV大保线B相接地。断开35kV保田变35kV大保线线路侧即线路空载时35kV大保线线路正常。合上35kV保田变35kV大保线线路侧刀闸即线路带负荷时，35kV大保线B相接地信号。所有线路环网运行后，所有线路正常运行。

试问：引起上述故障原因是什么？

图1

对35kV大保线、35kV大响II回线线路故障巡视，35kV大保线、35kV大响II回线线路无异常；对线路进行绝缘摇测35kV大保线B相较A、C相绝缘偏低。35kV大响II回线无异常送电成功。

2故障分析

当线路环网运行时断开35kV龙保新线301断路器，导致110kV大山变II母（3条35kV线路）接地。如带铁心电感L（如变压器）和电容C（如电磁式电压互感器）的串联回路。uL=ωLI，uc=I\ωC，E=UL+UC，由于UL与UC反相，所以（I）

E=∆U=∣UL－UC∣

由于L具有非线性特性，如图2表示了uL（I）、uc（I）的特性，即伏安特性。可以看出uc（I）是一条斜直线，而uL（I）具有铁磁饱和的特性，它们相交于e点。图中同时画出了∆U与I的关系曲线，它和E直线交于三点a1，a2，a3三点（在适当的E值情况下）。在三个点上，满足E=∆U=∣UL－UC∣，称为平衡点，即线路可能工作点。

图2串联铁磁谐振电路的特性曲线

由图2可知，如果E值从0逐渐上升E或加上电源E没有足够大的扰动，则线路便稳定工作在a1点，电感和电容上的电压分别为UL1和UC1，且uL1>uc1，故ωL>1\ωC，电路呈感性。这时电流较小，电路处于非谐振状态。如果由于某种强烈的扰动，例如电网突然合闸、发生故障和故障消除等，使电源电压瞬间提高，工作点则越过∆U（I）的最高点达到a2点。但a2不是稳定工作点，因为当电路中电流因某种原因偏离a2点而增大时，电源电势E便大于∆U，使回路电流继续增加，这使电感更加饱和，L值进一步下降，I进一步增加，直到串联谐振点e，在e点上ωL＝1\ωC，从理论上讲此时过电压将趋于无穷大，但e点不是稳定工作点，随着电流的激增L将继续减小，电路就自动偏离谐振条件而跃变到新的稳态工作点a3为止。此时，虽然工作点已偏离理论上的谐振工作点e，但因这时电流已经很大，uL2、uc2都很高所以我们仍说电路处于谐振状态。此时uc2＞uL2电路呈容性。由此可以得出铁磁谐振是由于铁心饱和而引起的一种跃变过程，由a1点到a3点的跃变使电路由原来的感性状态变到容性状态，电路发生了1800的反转，这种现象称为“反倾”。

3计算成果分析

综上所述：引起2018年04月02日故障接地为铁磁谐振

铁磁谐振：电力系统中的铁芯电感元件与电容元件构成共谐条件时，激发持续的铁磁谐振，使系统产生谐振过电压。其产生的原因主要有：

1、由线路接地、断线、断路器非同期合闸等引起的系统冲击及元件参数改变；

2、切、合空载线路、母线或系统扰动激发铁磁谐振；

3、系统在某种特殊运行方式下，参数匹配，达到了铁磁谐振条件；

4、断路器合闸三相不同期；

5、电压互感器高压保险熔断等。

铁磁谐振使得电流大大增加，电压超限，严重时将损坏设备绝缘，造成电压互感器保险熔断，或使避雷器爆炸，导致事故的进一步扩大，因此应及时进行处理。

铁磁谐振一般发生在中性点不接地系统中。不同的谐波都可能形成谐振条件，因此有不同的现象，按频率不同可分为：

1、基波谐振一相电压降低，另两相电压升高超过线电压；或两相电压降低，一相电压升高超过线电压，TV开口三角上有电压输出，发出接地信号；

2、高次谐波谐振三相电压同时升高超过线电压；

3、分次谐波谐振三相对地电压同时升高并做低频摆动。

铁磁谐振与单相接地故障的主要区别：

系统发生单相接地时，接地相电压降低，非接地相电压升高。若接地点为金属性直接接地，接地相电压为零，其他两相升高为线电压，若PT开口三角形回路装有消谐灯，此时消谐灯很亮。

谐振时，三相电压可超过线电压，三相电压无规律变化，消谐灯随谐振程度不同而亮度不同。

若相电压有两相升高很多（超过线电压），开口三角形电压大于33V，或消弧线圈上无电流，则可判断为谐振；若一相电压降低，另两相电压升高不超过线电压且线电压正常，可判断为系统单相接地。电压表有低频无规律摆动现象可判断为谐振。

4谐振过电压

电力系统中，带铁心的电感主要是变压器，电磁式电压互感器，消弧线圈等。电容是导线对地、相间以及电感线圈对地的杂散电容等。发生基波铁磁谐振较典型的一类情况是线路故障断线或不对称开断，线路末端接有空载或轻载的中性点不接地变压器。这时由于回路电容发生了变化，它与变压器绕组的非线性励磁阻抗形成了串联谐振回路。发生这类过电压常引起避雷器爆炸，烧坏电压互感器和绝缘子，或是变压器负载侧相序反转等。为防止此类事故发生，应不使用分相操作的断路器及熔断器，并避免变压器空载或轻载（负荷在额定容量的20%以下）运行。

电力系统中发生铁磁谐振过电压的另一类较为典型的情况是中性点绝缘的系统中母线上接有电磁式电压互感器，在进行某些操作时（如非同期合闸，或接地故障消失等）都可能使一相或两相电压瞬时升高，三相铁心受到不同的激励而呈现不同程度的饱和，是中性点位移而产生谐振过电压。这种过电压如是基波过电压，可能出现两相对地电压升高；若是谐波谐振，可能导致三相电压同时对地升高或引起“虚幻接地”现象；在分频谐振时可能导致相电压以低频（每秒一次左右）摆动等。

长期实测和运行经验表明，基波和高次谐波谐振过电压很少超过三倍工频电压值，即K=3，一般不会有什么危险。对分次谐波谐振过电压，由于励磁阻抗的非线性特性，使激磁电流大为增加，可达额定激磁电流的几十倍甚至上百倍。虽然过电压系数不超过2，但极大的激磁电流会烧坏熔丝或使电压互感器过热，进而冒油、烧坏或爆炸。

5限制和消除过电压的措施

1、产生铁磁谐振的必要条件是电感和电容的伏安特性相交，在交点上ωL＝1\ωC。如果电路中C值很小，使1\ωC大到其伏安特性和L的伏安特性不能相交，则电路不会发生铁磁谐振。

2、选择励磁特性好的电压互感器或改用电容式电压互感器；

3、在电压互感器开口三角形绕组中短时接入阻尼电阻，或在电压互感器一次绕组中性点接入电阻阻尼振荡。

4、个别情况下，可在10kV及以下电压等级母线上装设一组三相对地电容器，或利用电缆代替架空段以增大对地电容，避免谐振；

5、采取倒闸措施，如投入消弧线圈，将变压器中性点临时接地以及投入事先规定的某些线路或设备等。

结语

10～35kV电压等级电网产生铁磁谐振，引起停电，危及安全供电的原因之一，采取改变电力系统参数，破坏谐振条件以及吸收与消耗谐振能量以抑制谐振的产生，可有效地消除铁磁谐振，杜绝铁磁谐振给电网带来的不安全影响，保证电网可靠经济运行。

参考文献:

1.高电压技术/胡国根，王战铎主编.——2版.重庆大学出版社，2013.1

2.重庆大学，南京工学院.高电压技术［M］.北京：电力工业出版社，1981