林 莉，王凱佩，何 月，林 斌

（1.重慶大學(xué) 輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400030；2.國網(wǎng)重慶市電力公司璧山供電分公司，重慶 402760）

0 引言

電磁式電壓互感器PT（Potential Transformer）作為連接電網(wǎng)一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)的電氣設(shè)備，安裝在電網(wǎng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，在各種運(yùn)行工況下向二次系統(tǒng)提供電壓信號以反映一次系統(tǒng)的工作信息，從而實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的測量、監(jiān)視、保護(hù)和控制［1］。電壓互感器可靠、穩(wěn)定的工作是對電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和保護(hù)的保障。

我國35 kV及以下電壓等級的配電網(wǎng)采用中性點(diǎn)不直接接地的運(yùn)行方式。在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，為提高對用戶供電的可靠性，按照電力系統(tǒng)安全運(yùn)行規(guī)程，系統(tǒng)可以持續(xù)運(yùn)行2 h，在此時(shí)段內(nèi)電網(wǎng)運(yùn)行人員應(yīng)采取措施隔離故障點(diǎn)，同時(shí)給可能停電的用戶提供應(yīng)對時(shí)間［2-3］。但是，在這一時(shí)段內(nèi)極易發(fā)生電壓互感器高壓側(cè)熔斷器熔斷和電壓互感器異常燒毀甚至爆炸的事故［4-8］。因此尋找電磁式電壓互感器及其熔斷器異常損壞的機(jī)理和抑制對策是電力系統(tǒng)長期以來一個(gè)重要的研究課題。

在工程和學(xué)術(shù)界，對于電壓互感器異常損壞的原因的研究仍停留于鐵磁諧振過電流［4-5］，并提出了很多抑制鐵磁諧振的措施。然而實(shí)際生產(chǎn)信息表明：電壓互感器及其熔斷器異常燒毀的事故依然頻發(fā)，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大呈上升趨勢的同時(shí)，甚至出現(xiàn)了抑制鐵磁諧振的消諧器與電壓互感器一起燒毀的情況［6-8］。

工程中電壓互感器的高壓熔斷器異常熔斷和電壓互感器損壞多發(fā)生于系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定的單相接地故障時(shí)［9-10］。文獻(xiàn)［11］提出電磁式電壓互感器的結(jié)構(gòu)決定了其能夠承受沖擊以及頻率非常高的過電壓但不能承受較大的過電流。近年來有研究提出在電力系統(tǒng)暫態(tài)過程中，由于端電壓的不斷切換和系統(tǒng)對地電容的充、放電作用，在電壓互感器中產(chǎn)生較大的過電流，這是造成電壓互感器異常損壞的主要原因。并提出采用相分量分析方法直接對電壓互感器暫態(tài)過電流進(jìn)行分析［12-13］。

與采用相分量分析方法對電網(wǎng)單相接地故障時(shí)的電壓互感器暫態(tài)過電流進(jìn)行分析不同［14-15］，本文采用瞬時(shí)對稱分量法對其進(jìn)行研究［16-17］，引入計(jì)及損耗的電壓互感器非線性模型使分析結(jié)果更準(zhǔn)確，并在MATLAB/Simulink中進(jìn)行數(shù)值仿真，分析在單相接地故障期間、單相接地故障消失后，不同消弧線圈補(bǔ)償方式下電壓互感器的勵(lì)磁過電流，由此得到可能導(dǎo)致電壓互感器異常損壞的主要原因，并提出抑制電壓互感器異常損壞的理論依據(jù)。

1 電壓互感器模型

電壓互感器模型的正確性在于其能正確反映勵(lì)磁繞組特性。目前普遍忽略電壓互感器勵(lì)磁繞組的損耗，將電壓互感器空載特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接作為電壓互感器勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁特性［18-19］。本文采用文獻(xiàn)［20-21］給出的計(jì)及損耗的電壓互感器非線性模型模擬電壓互感器勵(lì)磁繞組。圖1為計(jì)及損耗的電壓互感器模型，該模型采用非線性電阻和非線性電感并聯(lián)模型來模擬電壓互感器勵(lì)磁繞組特性，能夠較好地反映電壓互感器的損耗、勵(lì)磁特性及其暫態(tài)特性。 圖中，LPT、RPT分別為電壓互感器勵(lì)磁繞組非線性電感和非線性電阻；u為電壓互感器端電壓；i為電壓互感器端電流；iL、iR分別為勵(lì)磁繞組非線性電感電流和非線性電阻電流。

由圖1可得到電壓互感器勵(lì)磁繞組基波電流有效值的表達(dá)式為：

圖1 電壓互感器勵(lì)磁繞組的等值電路Fig.1 Equivalent circuit of PT exciting winding

其中，I、IL、IR分別為 i、iL、iR的有效值。

本文采用電力行業(yè)廣泛使用的JDZX16-10RG型電壓互感器，表1為該型號電壓互感器的銘牌參數(shù)，表2為其空載特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，表中電壓和電流均為基波有效值。

表1 JDZX16-10RG型電壓互感器銘牌參數(shù)Table 1 Nameplate parameters of JDZX16-10RG PT

表2 JDZX16-10RG型電壓互感器空載實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 2 Experimental data of JDZX16-10RG PT without load

根據(jù)計(jì)及損耗的電壓互感器非線性模型的計(jì)算方法，對空載實(shí)驗(yàn)中相鄰兩電壓點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化處理，同時(shí)由實(shí)驗(yàn)測得的空載損耗和對應(yīng)的電壓即可確定電壓互感器勵(lì)磁繞組非線性電阻的伏安特性。以電壓、電流峰值表示的JDZX16-10RG型電壓互感器非線性電阻伏安特性如表3所示。

再由式（1）所示的電流關(guān)系，在兩電壓點(diǎn)之間進(jìn)行線性化處理得到電壓互感器勵(lì)磁繞組非線性電感的伏安特性如圖2所示。圖2中的電壓、電流均為標(biāo)幺值，采用的基準(zhǔn)值為額定電壓、電流的峰值。

表3 JDZX16-10RG型電壓互感器非線性電阻伏安特性Table 3 U-I characteristics of nonlinear resistor of JDZX16-10RG PT

圖2 JDZX16-10RG型電壓互感器非線性電感伏安特性曲線Fig.2 U-I curve of nonlinear inductor of JDZX16-10RG PT

由圖2可知，電壓達(dá)到線電壓（1.7 p.u.）時(shí)電壓互感器開始進(jìn)入飽和區(qū)。

2 電壓互感器暫態(tài)過電流分析

10～35 kV電網(wǎng)采用中性點(diǎn)不直接接地的運(yùn)行方式，而其母線上的電壓互感器則采用中性點(diǎn)直接接地的星形接線方式，即系統(tǒng)各相對地電容與電壓互感器的高壓繞組呈固有的并聯(lián)關(guān)系，如圖3所示。圖中，UA、UB和 UC分別為系統(tǒng)的 A、B、C 相對稱電源；wPT為電壓互感器高壓繞組；CA、CB、CC分別為系統(tǒng) A、B、C相對地電容；O1和 O2分別為系統(tǒng)中性點(diǎn)和電壓互感器高壓繞組中性點(diǎn)。

圖3 系統(tǒng)等效電路圖Fig.3 Equivalent circuit of power system

目前的研究認(rèn)為當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，電壓互感器的中性點(diǎn)成為系統(tǒng)與大地連接的唯一金屬通道。此時(shí)，在電壓互感器內(nèi)部的暫態(tài)過程可分為2個(gè)階段：故障發(fā)生瞬間，非故障相的勵(lì)磁涌流對電壓互感器高壓繞組的沖擊；故障消失后，系統(tǒng)對地電容的放電電流對電壓互感器高壓繞組的沖擊。這2個(gè)暫態(tài)階段是形成電壓互感器暫態(tài)過電流的主要原因。此類分析都是將故障相和非故障相電壓互感器的暫態(tài)過程分開討論，分析過程復(fù)雜且不夠清晰。

本文采用瞬時(shí)對稱分量法分析中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)電壓互感器的暫態(tài)過電流。系統(tǒng)接線圖如圖4所示。圖中，US為三相對稱的系統(tǒng)電源；LⅠ-Ⅱ—LⅠ-n為輸電線路；TV1—TVn為三相電壓互感器。

圖4 系統(tǒng)接線圖Fig.4 Wiring diagram of power system

當(dāng)線路LⅠ-Ⅱ始端發(fā)生A相接地故障時(shí)，零序等效網(wǎng)絡(luò)如圖5所示。圖5中，系統(tǒng)共有n臺電壓互感器；C0Ⅰ-Ⅱ— C0Ⅰ-n分別為各線路零序等效電容；C01—C0n分別為各母線負(fù)荷側(cè)零序等效電容；LPTi、RPTi（i=1，2，…，n）分別為電壓互感器勵(lì)磁繞組的非線性電感和非線性電阻；f為故障點(diǎn)；Uf為故障點(diǎn)零序電壓；Rg為故障接地電阻。由于電壓互感器所在電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地，零序等效網(wǎng)絡(luò)與高層電網(wǎng)無關(guān)。在零序等效網(wǎng)絡(luò)中，只有高壓側(cè)中性點(diǎn)接地的電壓互感器參與網(wǎng)絡(luò)的暫態(tài)過程。相比之下，金屬性接地故障對電壓互感器的暫態(tài)過電流的影響更為嚴(yán)重，因此本文的分析中忽略故障接地電阻，認(rèn)為所有的故障均為金屬性接地。

圖5 A相接地故障時(shí)的零序等效網(wǎng)絡(luò)Fig.5 Zero-sequence equivalent circuit during phase-A grounding fault

在線路LⅠ-Ⅱ始端的f點(diǎn)發(fā)生A相接地故障時(shí)，接地點(diǎn)各相對地電壓分別為：

其中，UAE、UBE、UCE分別為故障點(diǎn)處 A、B、C 相對地電壓為故障前 A相電壓，φ為其相角，UN為系統(tǒng)額定相電壓。

對式（2）進(jìn)行序分量分解可得：

其中，Ua（1）、Ua（2）、Ua（0）分別為故障點(diǎn) A 相的正序、負(fù)序、零序電壓。

正常運(yùn)行狀態(tài)下，系統(tǒng)中只存在對稱的正序電壓，即故障點(diǎn)的正序電壓為負(fù)序和零序電壓為0；發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)的正序、負(fù)序電壓近似保持不變，零序電壓由0變?yōu)?/p>

發(fā)生單相接地故障期間，系統(tǒng)出現(xiàn)零序電壓。由圖5可知，零序電流經(jīng)零序電容和電壓互感器的高壓繞組完成回路。此時(shí)電壓互感器中的電流由對應(yīng)相電壓的正序勵(lì)磁電流和對應(yīng)相電壓的零序空載合閘勵(lì)磁沖擊過電流疊加而成。

單相接地故障消失后，系統(tǒng)中所有的零序電抗為系統(tǒng)零序電容中存儲的零序電荷提供放電通道，即有零序放電電流流過電壓互感器，此時(shí)電壓互感器中的電流包括對應(yīng)相電壓的正序勵(lì)磁電流和零序電容的零序放電過電流。

假設(shè)當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生A相接地故障時(shí)，A相電壓為每臺電壓互感器流過的A相正序電流 iPTa（1）、零序電流 iPTa（0）分別如式（4）和式（5）所示。

根據(jù)瞬時(shí)對稱分量法原理，引入移相算子Sx=ejx°，可將序分量合成為相分量得到發(fā)生單相接地故障時(shí)三相電壓互感器的過電流為：

其中，iPTa、iPTb、iPTc分別為系統(tǒng)中 A、B、C 三相電壓互感器的過電流。

由式（4）—（6）可知，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于系統(tǒng)電壓的作用，電壓互感器過電流主要取決于其自身參數(shù)，且與故障發(fā)生時(shí)刻有關(guān)。故障相A相電壓互感器中只有不斷衰減的勵(lì)磁電流。非故障相B、C兩相的電壓互感器電流包含兩部分分量：一部分為不斷衰減的勵(lì)磁電流；另一部分為穩(wěn)態(tài)電流，對應(yīng)線電壓下的勵(lì)磁電流。

由圖5可得單相接地故障消失后系統(tǒng)的零序等效網(wǎng)絡(luò)，如圖6所示，圖中C0為系統(tǒng)總的零序等效電容。

圖6 A相接地故障消失后的零序等效網(wǎng)絡(luò)Fig.6 Zero-sequence equivalent circuit after phase-A grounding fault is removed

由圖6可得零序等效網(wǎng)絡(luò)方程為：

其中為每臺電壓互感器的勵(lì)磁繞組非線性電感上流過的A相零序電流。

因電壓互感器自身的飽和特性，其參數(shù)LPT和RPT是變化的，對其進(jìn)行分段線性化處理，認(rèn)為在某一電壓區(qū)間，其參數(shù)為常數(shù)。可分段將式（7）變?yōu)槌Ｏ禂?shù)微分方程進(jìn)行求解。

由于實(shí)際電網(wǎng)參數(shù)滿足，式（7）恒為欠阻尼狀態(tài)。由式（7）可得每臺電壓互感器的勵(lì)磁繞組非線性電感上流過的A相零序電流為：

假設(shè)零序電壓最大時(shí)故障消失，此時(shí)有：

單相接地故障消失后，每臺電壓互感器的勵(lì)磁繞組非線性電感上流過的A相零序電流為：

A 相正序電流為：

將式（10）和式（11）代入式（6）可得單相接地故障消失后各相電壓互感器的暫態(tài)過電流。由此可知，單相接地故障消失后，三相電壓互感器中的暫態(tài)過電流由穩(wěn)態(tài)電流和衰減的暫態(tài)電流兩部分構(gòu)成。其中衰減分量與 C0、LPT、RPT、n 有關(guān)：C0越大，則過電流越大，周期越長，時(shí)間常數(shù)越大，衰減越慢；LPT越大，則過電流越小，周期越長，時(shí)間常數(shù)不變，衰減不變；RPT越大，則過電流越小，周期越短，時(shí)間常數(shù)越大，衰減越慢；n越大，則過電流越小，周期越短，時(shí)間常數(shù)越小，衰減越快。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生瞬時(shí)單相接地故障時(shí)，在運(yùn)行狀態(tài)由正常至故障最后恢復(fù)正常的切換過程中，三相電壓互感器中的暫態(tài)過電流為正序勵(lì)磁電流和衰減的零序充、放電過電流的疊加。若系統(tǒng)發(fā)生間歇性單相接地故障，則將在電壓互感器中存在反復(fù)的零序充、放電過電流，電壓互感器的勵(lì)磁過電流不斷累積上升。隨著鐵芯的飽和，LPT和RPT逐漸減小，勵(lì)磁電流將進(jìn)一步增大，嚴(yán)重影響電壓互感器的安全運(yùn)行甚至造成電壓互感器異常損壞。

3 數(shù)值仿真

本節(jié)將以10 kV系統(tǒng)為例，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過MATLAB/Simulink仿真計(jì)算JDZX16-10RG型電壓互感器暫態(tài)過電流，電壓互感器采用表 3所示非線性電阻和表4所示非線性電感并聯(lián)模型。

3.1 單相接地故障時(shí)電壓互感器暫態(tài)過電流

圖7示出了系統(tǒng)架空線路總長度為30 km，線路的正序和零序電容分別為11.5 nF/km和7.1 nF/km，0.01 s在線路LⅠ-Ⅱ始端發(fā)生A相接地故障時(shí)三相電壓互感器的暫態(tài)過電流仿真計(jì)算結(jié)果。圖中，ia、ib、ic分別為A相、B相、C相電壓互感器暫態(tài)過電流。

圖7 A相接地故障時(shí)三相電壓互感器的暫態(tài)過電流仿真計(jì)算結(jié)果Fig.7 Simulative three-phase PT transient overcurrents during phase-A grounding fault

由圖7可知，故障相A相的過電流不斷衰減；非故障相B、C兩相過電流含有穩(wěn)態(tài)電流和衰減的暫態(tài)電流，穩(wěn)定時(shí)電壓互感器電流最大值為0.0093A，與JDZX16-10RG型電壓互感器空載實(shí)驗(yàn)測得的線電壓下的勵(lì)磁電流一致。

根據(jù)式（4）—（6），將電壓互感器勵(lì)磁特性分 3段進(jìn)行線性化處理，解析計(jì)算得出0.01 s發(fā)生A相接地故障時(shí)的三相電壓互感器暫態(tài)過電流如圖8所示。

圖8 A相接地故障時(shí)三相電壓互感器暫態(tài)過電流解析計(jì)算結(jié)果Fig.8 Calculative three-phase PT transient overcurrents during phase-A grounding fault

對比圖7和圖8可知，仿真計(jì)算和按本文模型解析計(jì)算得到的電壓互感器暫態(tài)電流基本一致。由于解析計(jì)算中將非線性的電壓互感器勵(lì)磁特性近似作3段線性化處理，使解析計(jì)算的暫態(tài)過電流較小，且呈階梯狀變化。

增加系統(tǒng)線路長度、系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地和用電纜代替架空線時(shí)，在相同運(yùn)行條件下得到的仿真結(jié)果與圖7一致。即中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，電壓互感器中的暫態(tài)過電流主要與其勵(lì)磁特性的非線性有關(guān)。選擇勵(lì)磁特性較好的電壓互感器可以減小其暫態(tài)過電流。

3.2 單相接地故障消失后的電壓互感器暫態(tài)過電流

圖9和圖10分別示出了系統(tǒng)架空線路（線路的正序和零序電容分別為11.5 nF/km和7.1 nF/km）總長度為30 km和300 km時(shí)，0.015 s在線路LⅠ-Ⅱ始端發(fā)生A相接地故障、0.067 s故障消失情況下三相電壓互感器的暫態(tài)過電流。

圖9 30 km架空線路A相接地故障消失后的三相電壓互感器暫態(tài)過電流Fig.9 Three-phase PT transient over-currents after phase-A grounding fault of 30 km overhead line is removed

圖10 300 km架空線路A相接地故障消失后的三相電壓互感器暫態(tài)過電流Fig.10 Three-phase PT transient over-currents after phase-A grounding fault of 300 km overhead line is removed

由圖9可知，故障消失后三相電壓互感器的暫態(tài)過電流最大值為0.0879 A，周期為0.14 s，約0.6 s達(dá)到穩(wěn)定。由圖10可知，故障消失后三相電壓互感器的暫態(tài)過電流最大值為0.307 A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出電壓互感器的額定電流，周期為0.385 s，1 s時(shí)仍未達(dá)到穩(wěn)定。對比圖9和圖10可知，系統(tǒng)單相接地故障消失后，電壓互感器暫態(tài)過電流受系統(tǒng)參數(shù)影響較大，線路越長，電容越大，過電流越大；同時(shí)電容的增大會(huì)引起周期增長，電流衰減變慢。

用電纜代替架空線，電纜的正序和零序電容分別為260 nF/km和210 nF/km。調(diào)整電纜長度，使電纜的零序電容和正序電容分別與300 km架空線路相等，對比分析正序電容和零序電容對電壓互感器暫態(tài)過電流的影響，仿真分析結(jié)果分別示于圖11和圖12，圖中故障過程和曲線的物理含義同圖10。

由圖11可知，故障消失后三相電壓互感器暫態(tài)過電流的最大值為0.305 A，衰減周期為0.377 s，1 s時(shí)仍未達(dá)到穩(wěn)定。與圖10相比，在系統(tǒng)零序電容相同、正序電容減小的情況下，電壓互感器的暫態(tài)過電流基本不變，即正序電容對電壓互感器暫態(tài)過電流基本沒有影響。

圖11 電纜和架空線的零序電容相等時(shí)三相電壓互感器暫態(tài)過電流Fig.11 Three-phase PT transient over-currents when zero-sequence capacitances of cable line and overhead line are equal

圖12 電纜和架空線的正序電容相等時(shí)三相電壓互感器暫態(tài)過電流Fig.12 Three-phase PT transient over-currents when positive-sequence capacitances of cable line and overhead line are equal

由圖12可知，故障消失后三相電壓互感器的暫態(tài)過電流的最大值為0.330 A，周期為0.454 s，1 s時(shí)仍未達(dá)到穩(wěn)定。與圖10相比，在系統(tǒng)正序電容相同、零序電容增大的情況下，將引起電壓互感器的暫態(tài)過電流增大，周期增長。

由以上仿真計(jì)算結(jié)果可知，中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中，單相接地故障消失后，三相電壓互感器的暫態(tài)過電流主要受系統(tǒng)零序電容的影響，零序電容越大，過電流越大，且其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出電壓互感器的額定電流，極易導(dǎo)致電壓互感器的損壞。同時(shí)，零序電容的變化將影響電流的衰減快慢，零序電容越大，電流衰減越慢。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生間歇性接地故障時(shí)，該過電流將反復(fù)作用在電壓互感器上，威脅電壓互感器的安全運(yùn)行。

3.3 不同消弧線圈補(bǔ)償量下的電壓互感器暫態(tài)過電流

由以上分析可知中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)電壓互感器的暫態(tài)過電流受系統(tǒng)零序電容的影響較大。因此抑制電壓互感器損壞的措施可以從改變系統(tǒng)零序網(wǎng)絡(luò)參數(shù)入手。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地可以改變系統(tǒng)零序等值網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，根據(jù)過補(bǔ)償原則，消弧線圈補(bǔ)償量可由式（12）決定。

其中，C為系統(tǒng)各相電容；Larc為消弧線圈補(bǔ)償量。

在架空線路總長度為30 km的情況下，根據(jù)式（12）可計(jì)算出按照該區(qū)域的正序電容和零序電容補(bǔ)償時(shí)，消弧線圈補(bǔ)償量分別為9.77 H和15.83 H。圖13和圖14分別為2種補(bǔ)償量下三相電壓互感器暫態(tài)過電流的仿真分析結(jié)果，圖中故障過程和曲線的物理含義同圖9。

圖13 正序補(bǔ)償模式下，A相接地故障消失后的三相電壓互感器暫態(tài)過電流Fig.13 Three-phase PT transient over-currents in positive-sequence compensation mode after phase-A grounding fault is removed

圖14 零序補(bǔ)償模式下，A相接地故障消失后的三相電壓互感器暫態(tài)過電流Fig.14 Three-phase PT transient over-currents in zero-sequence compensation mode after phase-A grounding fault is removed

在中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，其實(shí)質(zhì)是減小了系統(tǒng)零序等值網(wǎng)絡(luò)中總的等效電容。對比圖9、圖13和圖14可知，不同補(bǔ)償量在系統(tǒng)單相接地故障消失后均可以起到減小三相電壓互感器暫態(tài)過電流的作用。按照正序補(bǔ)償時(shí)，電壓互感器的暫態(tài)過電流存在沖擊和波動(dòng)，且周期大于工頻周期，即存在低頻電流，衰減慢。按照零序補(bǔ)償時(shí)，電壓互感器的暫態(tài)過電流沖擊較小，頻率接近于工頻，衰減快。此結(jié)果表明，采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式可以減弱系統(tǒng)電容對電壓互感器的暫態(tài)過電流的影響，且越接近零序補(bǔ)償，效果越好。

4 結(jié)論

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生不穩(wěn)定接地故障時(shí)，電壓互感器中的暫態(tài)過電流主要受系統(tǒng)的零序電容影響，通過理論和數(shù)學(xué)仿真分析，本文得到如下結(jié)論。

（1）采用瞬時(shí)對稱分量法分析了中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障和故障消失后電壓互感器的暫態(tài)過電流，由分析結(jié)果可知該暫態(tài)過電流主要由系統(tǒng)零序回路決定。

（2）通過仿真分析可知，在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，電壓互感器中的暫態(tài)過電流主要與其勵(lì)磁特性的非線性有關(guān)。采用勵(lì)磁特性較好的電壓互感器可以抑制其暫態(tài)過電流。

（3）通過仿真分析得到系統(tǒng)單相接地故障消失后，電壓互感器中的暫態(tài)過電流主要受系統(tǒng)零序電容的影響。

（4）可以通過改變系統(tǒng)的零序參數(shù)來抑制電壓互感器的異常損壞。在經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，按照零序電容計(jì)算設(shè)計(jì)消弧線圈補(bǔ)償量可以獲得較好的補(bǔ)償效果。

［1］牟道槐，李玉盛，馬良玉.發(fā)電廠變電站電氣部分［M］.重慶：重慶大學(xué)出版社，2009：61-66.

［2］陳珩.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析［M］.北京：中國電力出版社，2007：11.

［3］王希平.基于Matlab的弧光接地過電壓仿真研究［J］.電氣技術(shù)，2013（12）：32-35.WANG Xiping.Simulation research of arc grounding over-voltage based on Matlab［J］.Electric Technology，2013（12）：32-35.

［4］楊斌文，李文圣.電壓互感器鐵磁諧振的產(chǎn)生與消除［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2010，30（3）：134-136，148.YANG Binwen，LI Wensheng.Cause of PT ferroresonance and countermeasures［J］.Electic Power Automation Equipment，2010，30（3）：134-136，148.

［5］MARTI J R，SOUDACK A C.Ferroresonance in power systems：fundamental solutions［J］.IEE Proceedings C-Generation，Transmission and Distribution，1991，138（4）：321-329.

［6］司雪峰，欒立民，張軍，等.35 kV及以下電壓互感器故障分析及改進(jìn)措施［J］.電世界，2014，55（12）：28-29.SIXuefeng，LUAN Limin，ZHANG Jun，etal.Analysis and impovement measurement of potential transformer under 35 kV［J］.Electric World，2014，55（12）：28-29.

［7］王明欽，陳維江，李永君，等.油田35kV系統(tǒng)電壓互感器高壓熔斷器異常熔斷故障的抑制措施［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2012，36（12）：283-288.WANG Mingqin，CHEN Weijiang，LI Yongjun，et al.A countermeasure to deal with abnormal fusing of high voltage fuse for potential transformer in 35kV oilfield power distribution system［J］.Power System Technology，2012，36（12）：283-288.

［8］齊鄭，鄭朝，楊以涵.諧振接地系統(tǒng)單相接地故障區(qū)段定位方法［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34（9）：77-80.QI Zheng，ZHENG Chao，YANG Yihan.Research on method of single-phase-to-earth faultsection location in neutralpoint resonantgrounded system ［J］.Automation ofElectric Power Systems，2010，34（9）：77-80.

［9］陳維賢，陳禾.配電網(wǎng)中電壓互感器消諧、單相消弧和單相永久性故障切線問題的解決方案［J］.高電壓技術(shù)，2012，38（4）：776-781.CHEN Weixian，CHEN He.New methods of suppressing potential transformer resonance，single-phase arc grounding and fault-line breaking in distribution networks［J］.High Voltage Engineering，2012，38（4）：776-781.

［10］劉翔，郭克勤，葉國雄，等.電磁式電壓互感器沖擊電壓響應(yīng)特性試驗(yàn)研究［J］.高電壓技術(shù)，2011，37（10）：2385-2390.LIU Xiang，GUO Keqin，YE Guoxiong，et al.Experimental study on the impulse-voltage transmission characteristics of inductive voltage transformer［J］.High Voltage Engineering，2011，37（10）：2385-2390.

［11］陳新剛.電磁式互感器勵(lì)磁特性分析［D］.濟(jì)南：山東大學(xué)，2013.CHEN Xingang.The analysis on excitation characteristics of electromagnetic transformer［D］.Ji’nan：Shandong University，2013.

［12］林莉，何月，王軍兵，等.中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)單相接地時(shí)電壓互感器損壞機(jī)理［J］.高電壓技術(shù)，2013，39（5）：1114-1120.LIN Li，HE Yue，WANG Junbing，et al.Mechanism of potential transformer damaged in ungrounded neutral power system ［J］.High Voltage Engineering，2013，39（5）：1114-1120.

［13］李雷，羅容波，王巖，等.基于10 kV配電網(wǎng)PT頻繁故障的仿真與改進(jìn)措施研究［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，42（14）：132-137.LI Lei，LUO Rongbo，WANG Yan，et al.Simulation analysis and improved measures for preventing potential transformer fault in 10 kV distribution networks［J］.Power System Protection and Control，2014，42（14）：132-137.

［14］WANI M，KURUNDKAR K，BHAWALKAR M P.Use of power electronic converters to suppress transformer inrush current［C］∥2012 IEEE InternationalConference on PowerElectronics，Drives and Energy Systems（PEDES）.［S.l.］：IEEE，2012：1-5.

［15］王明欽.35kV配電網(wǎng)PT高壓熔斷器異常熔斷故障抑制措施研究［D］.北京：華北電力大學(xué)，2011.WANG Mingqin.A countermeasuretodealwith abnormal fusing of high voltage fuse for potential transformer in 35 kV power distribution system［D］.Beijing：North China Electric Power University，2011.

［16］PAAP G C.Symmetrical components in the time domain and their application to power network calculations［J］.IEEE Transactions on Power Systems，2000，15（2）：522-528.

［17］袁旭峰，程時(shí)杰，文勁宇.改進(jìn)瞬時(shí)對稱分量法及其在正負(fù)序電量檢測中的應(yīng)用［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28（1）：52-28.YUAN Xufeng，CHENG Shijie，WEN Jinyu.An improved method of instantaneous symmetrical components and its detection for positive and negative sequence current［J］.Proceedings of the CSEE，2008，28（1）：52-28.

［18］李謙，涂天璧.一種改進(jìn)的電磁式電壓互感器勵(lì)磁曲線的擬合方法［J］.變壓器，1998，35（3）：28-31.LI Qian，TU Tianbi.An improved method for the fitting of excitation curve of electromagnetic voltage transformer［J］.Transformer，1998，35（3）：28-31.

［19］叢偉，孫允，路慶東，等.電壓互感器勵(lì)磁特性曲線擬合的復(fù)合解法［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，41（12）：60-64.CONG Wei，SUN Yun，LU Qingdong，etal.Comprehensive solving method for the fitting of electromagnetic PT excitation characteristic［J］.Power System Protection and Control，2013，41（12）：60-64.

［20］董張卓，李養(yǎng)俊，徐建軍，等.用于鐵磁諧振過電壓計(jì)算的電壓互感器模型［J］.電力學(xué)報(bào)，2012，27（5）：463-468.DONG Zhangzhuo，LI Yangjun，XU Jianjun，etal.Potential transformer model for ferroresonance overvoltage calculation［J］.Journal of Electric Power，2012，27（5）：463-468.

［21］汪偉，汲勝昌，李彥明.用非線性電阻模擬變壓器損耗進(jìn)行鐵磁諧振過電壓研究［J］.西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，43（10）：109-113.WANG Wei，JI Shengchang，LI Yanming.Ferroresonance simulation with nonlinear resistance modeling for transformer power losses［J］.Journal of Xi’an Jiaotong University，2009，43（10）：109-113.