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電壓互感器鐵芯飽和諧振過電壓的分析
作者：威博特鐵芯 發(fā)布時間：2019-03-30 15:01:38 瀏覽次數(shù)： 對于內(nèi)部電壓互感器鐵芯飽和諧振過電壓現(xiàn)象，許多變電工作人員缺乏理性認識，由于飽和諧振過電壓嘗嘗發(fā)生在外部條件的激發(fā)下，因此高壓熔斷器熔斷、互感器噴油冒煙、油開關(guān)壁管閃絡(luò)等事故，都認為是外部原因造成的，從而把內(nèi)部過電壓造成的事故誤判為外部過電壓事故。猶豫判斷失誤，也就不可能找到正確的預(yù)防措施。
1、鐵芯飽和諧振過電壓產(chǎn)生的原因
鐵芯飽和諧振事故實例：
某變電所接線圖如圖1所示。正常運行時，1#變帶10kV I段母線，2#變帶II段母線，10kV母聯(lián)開關(guān)12斷開；1#變停運時，合12開關(guān)，由2#變向10kV I、II母線供電，約半小時后，10kV系統(tǒng)A相接地，現(xiàn)地的電壓表選測指示：Ua=0，Ub和Uc均指示11kV。PT柜上有接地信號繼電器動作、接地白燈亮。按照運行規(guī)程，運行帶接地故障運行2h，運行人員發(fā)現(xiàn)母線電壓互感器噴油冒煙，經(jīng)判斷后，拉出PT柜，在操作時，電弧造成母線相間短路，2#變斷路器跳閘，燒毀電壓互感器13臺。
2、事故原因分析
網(wǎng)絡(luò)接線圖和等值圖如圖2所示，Ea、Eb、Ec為三相對稱電源電勢，L1、L2、L3為電壓互感器激磁電感。C0為相導(dǎo)線和母線的對地電容，Z1為負載阻抗。在正常情況下，對于6kV~35kV系統(tǒng)來說，其負荷均為三相負荷，不存在相負荷的問題，故三相負載是相同的，各相對地的電容是相等的，各項的電壓是對稱的。
在不接地系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地，電壓的大小和相位維持不變，所以對負載沒有任何影響，等值圖簡化見圖3。
電壓互感器激磁電感為L1=L2=L3，C0與L并聯(lián)后的導(dǎo)納分別為Y1、Y2、Y3，故Y1=Y2=Y3，電網(wǎng)中性點的電位為零，此時鐵芯不飽和，ωL>1/ωC0，即電容電流大于電感電流，相當(dāng)于一個等值電容C'0，三相均一樣。
由于鐵芯電感線圈是一個非線性電感元件，當(dāng)加在線圈上的電壓增加，使通過線圈的電流增大時，激磁電感值由于鐵芯飽和而不斷下降，所以某種原因線路中A相發(fā)生間歇性單相弧光接地，使得相B和相C電壓升到線電壓，致使互感器中兩相的激磁電流幾句增大而發(fā)生飽和，磁電感相應(yīng)減少，這時，B相和C相的ωL<1/ωC0，電感電流大于電容電流，L與C0并聯(lián)后相當(dāng)于一個等值電感L，而A相仍保持一個等值C0。如圖4所示，于是三相導(dǎo)納就不對稱了，三相對地負荷變的不平衡，電網(wǎng)的中性點不再是地電位，而產(chǎn)生了位移電壓U0。
即：Uo=一(EaYa^+EbYb+EcYc)／(Ya+Yb+Yc)
這時B、C相位電感性導(dǎo)納：Yb=Yc=-1/jωL'，結(jié)果感性導(dǎo)納與容性導(dǎo)納互相抵消，使總導(dǎo)納Ya+Yb+Yc顯著減少，位移電壓U0大大增加，如果參數(shù)配合不當(dāng)，恰好使總導(dǎo)納接近于零，就產(chǎn)生了串聯(lián)諧振現(xiàn)象。產(chǎn)生過電壓和過電流。前述母電壓互感器噴油冒煙，互感器燒損，就是過電流所致，如果在此時，電壓互感器在斷口處產(chǎn)生弧光，造成母線相間短路，就會造成全場失電事故發(fā)生。
飽和諧振可以有幾種激發(fā)條件造成。雷雨期間，因雷擊或風(fēng)雨造成線路發(fā)生弧光，接地是遇到的激發(fā)因素。此外，有時在電源對只帶電壓互感器的空母線突然閉合閘，系統(tǒng)運行方式的突變，負荷發(fā)生較大的波動等情況時也會激發(fā)起諧振。所有的外界因素干擾致使電壓互感器鐵芯飽和，導(dǎo)致鐵芯內(nèi)部諧振過電壓。
串聯(lián)諧振過電壓會產(chǎn)生很高的過電壓和過電流，實驗測量證明， 電壓互感器飽和過電壓可高達3.5倍相電壓，過電流值可高達100%額定電流值。
造成電壓互感器飽和諧振的原因，主要是鐵芯質(zhì)量低，使用低質(zhì)硅鋼片，使鐵芯工作點接近飽和區(qū)，裝有激磁特性高飽和的電壓互感器的電網(wǎng)的匹配和諧振電源，表1列出了通過計算和模擬實驗所得的有關(guān)參數(shù)。10kV架空對地電容按0.04A/km估計，電纜接地電容電流取1.6A/km，并考慮變電所設(shè)備使得總的對地電容增值15%，電壓互感器的激磁感抗，可由實測伏特曲線求得。
從表1可見，無論10kV I、II段母線單獨運行或并聯(lián)運行，Xc/Xm>0.01，均處于諧振范圍內(nèi)，只要具備激發(fā)條件，就會產(chǎn)生鐵芯諧振現(xiàn)象。