楊紅靜顧建姝田曉越（. 東南大學成賢學院 . 華儀電氣股份公司）

抗諧振4PT的性能分析與二次接線改進

楊紅靜1顧建姝2田曉越2
（1. 東南大學成賢學院 2. 華儀電氣股份公司）

摘 要：本文闡述了中性點不接地系統(tǒng)中電磁式電壓互感器引起鐵磁諧振過電壓的過程及危害，介紹了抗諧振電壓互感器的構(gòu)成、接線和工作原理。通過某變電站一次諧振事故，分析了抗諧振過電壓二次接線存在的問題，并提出改進方案，使諧振事故危害降到最低。

關鍵詞：諧振過電壓；4PT接線；接線方式

0　引言

電磁式電壓互感器引起的鐵磁諧振過電壓是中性點不接地系統(tǒng)中最常見、造成事故最多的一種內(nèi)部過電壓，嚴重影響供電安全，必須予以重視。理論上抗諧振電壓互感器（4PT接線）抑制諧波能力比較可靠，被廣泛使用。但在運行中，該類電壓互感器由于參數(shù)選擇、二次接線等問題沒能處理得當，仍會引起事故。以下從諧振過電壓產(chǎn)生原理、抗諧振過電壓性能等方面分析，并提出改進方案，使抗諧振電壓互感器充分發(fā)揮消諧作用，消除安全運行隱患。

1　電磁式電壓互感器飽和引起的諧振過電壓

在35kV及以下電網(wǎng)中性點不接地系統(tǒng)中，為了監(jiān)測三相對地電壓，在變電站母線上常接有YN接線的電磁式電壓互感器，其繞組中性點直接接地，將輔二次繞組接成開口三角形進行絕緣監(jiān)測。

圖1為帶有YN接線電壓互感器原理接線圖，在正常運行時電壓互感器勵磁電抗很大，網(wǎng)絡對地阻抗呈兼容性，三相基本平衡，電力系統(tǒng)中性點N的位移電壓很小，一般不會大于0.15EA。當系統(tǒng)中出現(xiàn)某些操作（如電壓互感器突然合閘，合空載母線或線路瞬間單相接地等）時，在某一相或兩相繞組中出現(xiàn)巨大的涌流，使電壓互感器各相電感出現(xiàn)不同程度的飽和，互感器的一或兩相電壓升高，就可能使電力系統(tǒng)出現(xiàn)較高的中性點位移電壓，可能激發(fā)諧振過電壓，危及絕緣，引起電壓互感器噴油冒煙、高壓熔斷器熔斷等異?，F(xiàn)象。中性點位移時的三相電壓向量圖（如圖2）所示，這與系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地（如A相接地）的情況是相似的，而實際并不一定是單相接地故障，使得開口三角形輸出很高零序電壓，引起接地指示誤動作，影響計量及保護設備的正確動作。

圖1　帶有YN接線電壓互感器的原理接線圖

圖2　中性點位移時的三相電壓向量圖

2　抗諧振4PT接線工作原理

為限制和消除這種鐵磁諧振過電壓，采用在PT高壓中性點串接單相零序電壓互感器（簡稱“抗諧振4PT接線”）的方法得到廣泛的推廣，效果很好。圖3為抗諧振式電壓互感器接線圖。它是由三個單相電壓互感器和一個零序電壓互感器組成，互感器之間通過同一鐵心夾件將四個互感器固定成一體。三個單相電壓互感器一次繞組接成星形，中性點通過零序電壓互感器的一次繞組接地，且零序電壓互感器阻抗遠遠大于普通三個單相PT阻抗；三個單相電壓互感器主二次繞組接成星形通過零序電壓互感器主二次繞組接地，用來測量相電壓，輔二次繞組接成閉合三角形，用來消除互感器中三次或其整數(shù)倍諧波，零序電壓互感器可以測量系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時出現(xiàn)的零序電壓，進行絕緣監(jiān)測。

圖3　4PT接線圖

在系統(tǒng)正常運行時4PT的零序電壓互感器一次繞組不承受任何電壓；開口三角形中無電流通過。當系統(tǒng)發(fā)生金屬性單相接地故障時，因零序電壓互感器阻抗很大，所以零序電壓幾乎全部加在4PT上，這樣4PT的二次側(cè)反應了一次側(cè)零序電壓的大小，引起零序電壓保護動作，發(fā)出接地故障信號。開口三角形二次側(cè)無電流通過。當系統(tǒng)發(fā)生諧振時，改零序互感器一次繞組感抗補償系統(tǒng)容抗，使諧振不易發(fā)生；同時，它的固有電阻在系統(tǒng)發(fā)生諧振時，或者在電容放電過程中，能夠減小流過互感器一次繞組的電流起到保護互感器的作用。閉合三角形回路會給三次諧波提供通路，可以消除具有零序電流性質(zhì)的三次諧波。

3　抗諧振4PT二次接線方式的改進

經(jīng)過多年運行，抗諧振4PT接線在防止諧振方面取得了顯著效果，但在實際運行中，電網(wǎng)中的PT燒毀、PT熔斷器頻繁熔斷等現(xiàn)象仍然經(jīng)常發(fā)生。表明在4PT接線方式中，PT在結(jié)構(gòu)設計、參數(shù)選擇或接線方式上仍然存在著一些不可忽視的問題。如某變電站電網(wǎng)采用單母線分段運行方式，每段母線均有母線PT柜，且采用4PT接線。當時1#10kV電壓互感器組4只電壓互感器組燒毀，從計算機后臺記錄查到，該系統(tǒng)中PT燒毀之前，曾發(fā)生B相單相接地故障，并有接地告警信號，該段B相電壓快速下降。隨后一段時間Ⅰ段電壓互感器柜的PT冒煙燒毀，退出運行，隨之又將Ⅱ段PT投入，10幾分鐘后Ⅱ段PT又燒毀。

3.1 原因分析

故障前，三相系統(tǒng)對稱，開口三角形和零序電壓互感器二次側(cè)輸出電壓為數(shù)值很小的不平衡電壓，中性點電壓很小，當系統(tǒng)發(fā)生B相單相接地故障時，故障相對地電壓為零，非故障相電壓升高為線電壓，接地相、非接地相要通過充、放電，建立一種單相接地狀態(tài)的平衡。當工頻電流過零時電弧熄滅，三相又要通過充放電重新建立新的對地電容電流。間歇性單相接地故障，使這種不對稱的充放電過程反復發(fā)生。三相不對稱的充放電脈沖電流有可能誘發(fā)鐵磁諧振。鐵磁諧振頻率有高低，其頻率可以是工頻的整數(shù)倍，即高頻振蕩，也可能是工頻的分數(shù)倍，為1/2或1/3分頻，甚至更低，即低頻振蕩。頻率的高低，主要取決于回路的電氣參數(shù)。4PT接線因為開口三角短接和一次回路中性點通過高阻抗的壓變接地，抑制高頻鐵磁諧振能力較強，特別是對3的整數(shù)倍的諧振抑制，有著極佳的能力。但是抑制系統(tǒng)低頻鐵磁振蕩的能力，比較有限。強烈的低頻振蕩，開口三角形中產(chǎn)生很高電動勢，因為回路閉合，出現(xiàn)較大短路電流，致使PT發(fā)熱，絕緣受到破壞而燒毀。

3.2 解決措施

1）輔二次繞組的開口三角回路與零序PT的一個測量繞組按正極性串聯(lián)后接電壓繼電器，也可以在開口三角回路通過阻尼線圈形成閉合回路，如圖4所示。

圖4　改造后4PT接線圖

2）在參數(shù)選取上滿足零序電壓互感器阻抗遠遠大于普通三個單相PT阻抗，并提高零序電壓互感器的絕緣強度。

3）提高10kV線路的絕緣水平，防止單相接地故障的發(fā)生，特別要防止間歇性單相接地故障的發(fā)生。樹木的枝條碰及導線是發(fā)生間歇性單相接地故障的最常見故障，必須清除線路走廊內(nèi)的樹木，或?qū)⒙銓Ь€更換成絕緣導線。

4　結(jié)束語

以上的改進措施通過了重慶供電局、華儀電氣股份有限公司、大連第一互感器有限公司三方驗證，并且解決了各變電站中多年出現(xiàn)的PT燒毀事故，使其故障率降到最低。電壓互感器在成套開關設備中起到舉足輕重的作用，也是故障率最高的元器件，通過以上的改進，既能滿足于抗諧振的需要，同時也增加了運行的可靠性，在變電站實際運過程中效果非常好。

收稿日期：（2015-04-27）