35 kV电压互感器谐振分析和预防

电力18讯：    电磁谐振是电网普遍存在并频繁发生的一种过电压现象，对电网设备，特别是电压互感器（TV）设备危害较大，极易引起TV设备烧毁及爆炸。下面结合洪湖市供电公司110 kV滩桥变电站35 kV TV烧毁情况，分析电磁谐振的过程及防范措施。

110 kV滩桥变电站于2004年4月12日投运（35 kV TV因质量问题6月5日投运）。6月20日14时30分，运行人员发现35 kV 电压互感器失压。经检查，C相电压互感器声音异常，并有绝缘油不断从油箱顶部溢出。14时40分经调度同意，35 kV电压互感器退出运行。

1 故障时运行方式

35 kV母线带滩熊线（17 km）、2#站变压器、TV消谐器投入。35 kV系统为不接地运行方式。

2 故障原因

该TV型号为JDJJ-35（油浸式单相三绕组电压互感器）。该组TV在投运前安装作常规试验时，已多次发现绝缘试验及油试验不合格导致不能正常投运，并经现场处理或更换，其检查情况及数据如下：

（1）3月2日，常规试验及绝缘油分析试验发现三个TV绝缘油不合格和一个TV绝缘不合格。数据见表1。

表1　TV检测数据


（2）4月2日，更换三个TV（编号为：382-02、381-02、381-03）后，对更换后的TV进行常规试验及绝缘油试验，仍发现一个TV（编号为：382-02）不合格。

（3）6月2日，再次更换上述不合格TV（将382-2更换为381-07）后，35 kV TV于6月5日35 kV滩熊线投运时投入使用。投运时现场测试数据正常。

6月9日、6月12日，因雷击导致35 kV电压互感器的熔断器二次熔断（运行记录）。

6月20日，运行人员发现TV失压，C相电压互感器有油冒出。经荆州电力试验所对故障TV检查，结论为：该互感器绝缘电阻大为降低，不便于做强电检测试验。综合分析绝缘油中溶解气体色谱分析、微水试验及电气检测试验，该绝缘油油质过热劣化，且已经涉及到固体绝缘，微水大大超标，在相同的温度下，该互感器绕组直流电阻与合格互感器相比，无明显差别，可见并未出现匝间击穿。该互感器储油柜油与空气直接相通，且防雨盖起不到防止雨水渗入及潮气入侵作用。检测数据如表2。


表2　TV检测数据

3 故障分析

对于中性点不接地系统，如果忽略线路的有功损耗和相间电容，仅考虑TV的电感L与线路的对地电容C0，则等值电路图可以表示为图1（a），当C0达到一定值TV不饱和时，XL＞XC0，而当加在TV上的电压继续增加，并大到一定数值时，TV的铁芯饱和，XL＜XC0，这样就构成了谐振条件。

系统正常时，TV铁芯不饱和，XC＜XL，三相负载呈容性；如果此时系统电压发生扰动，如系统操作、雷电、接地等，在这个过渡过程中TV的三相励磁绕组所受的冲击程度不同，受到较大冲击的相要发生电压相位的位移，亦即发生位移的相中的负载由容性变为感性XL＜XC0，系统电路图由图1（a）变为图1（b）；用等值发电机原理，将图1（b）变为图1（c）。由此可见是一个串联谐振电路。



图1 电路图

激发TV磁饱和发生谐振的原因有很多，主要为：①操作过电压：包括互感器在内的空载母线或送电线路的突然合闸，使得TV的某一相或二相绕组内产生巨大的涌流和磁饱和现象；②雷击过电压：由于雷击或其它原因，线路中发生瞬间弧光接地，使得其它两相电压瞬间升到线电压，而故障相电压在接地消失后又瞬间恢复至相电压，以至造成暂态励磁电流的急剧增大和铁芯的磁饱和；③磁饱和的产生也可能由于另一绕组瞬间传递过来的过电压或者系统运行方式的突然改变、负荷剧烈波动等所引起的系统电压的强烈扰动。

铁磁谐振是一个非常复杂的非线性振荡过程，TV伏安特性饱和得越快，谐振的区域越广。谐振大致分为分频谐振、基波谐振、高频谐振，基波和高次谐波的谐振过电压的幅值很少超过3Uj，故除非存在弱绝缘设备，是不会产生危险的。对于分频谐波，由于频率只有工频的一半，励磁感抗相应降低一半，使得励磁电流急剧增加，有时甚至达到额定值的100倍以上，使得互感器发生严重的磁饱和现象，因而限制了过电压幅值，通常在2Uj以下，中性点位移电压一般不超过Uj，但大电流持续时间过长，势必引起TV高压熔丝熔断，或者造成TV本身冒油和烧毁。

依据TV铁磁谐振理论、现场运行方式，有关试验数据显示：由于TV设备本身存在严重的质量缺陷，加上运行中没有采取有效的消谐措施，致使设备绝缘损坏，最终烧毁。

4 预防措施

电力系统过电压现象十分普遍，如果没有防范措施，随时都有可能造成电气设备损坏和大面积的停电事故。目前，我国35 kV及以下配电网，仍大部分采用中性点不接地方式或采用老式的消弧线圈接地。从电网的运行实践证明，中性点不接地系统中由于电压互感器铁芯饱和引起的铁磁谐振过电压比较多，尽管采取了不少限制谐振过电压的措施，如：<