浅析10kV配电网电压互感器的应用

浅析 10kV配电网电压互感器的应用

苑二林

神华甘泉铁路有限责任公司 内蒙古巴彦淖尔市 014000

摘要：10 kV 配电系统的高压电压互感器经常出现高压保险一相或两相熔断等异常故障。这不仅影响了电能表的准确计量，而且还易造成保护装置和自动装置的误动作，严重危及配电网的安全可靠运行。 配电系统谐振发生随机性强，谐振参数难以测量，谐振治理较困难。

关键词：电压互感器；铁磁谐振；消谐措施

随着电网建设水平的不断发展，电网的稳定性、可靠性不断加强。但是在低电压配电网领域，由于设备及网络原因其故障率一直高居不下，特别在10kV的配电网中，经常出现由于电压互感器的铁磁谐振引起的过电压严重威胁了配电网的安全稳定运行。由于TV的励磁电感具有非线性特性，在系统发生剧烈扰动时，励磁电感饱和，激发铁磁谐振，进而导致绝缘闪络、Tv损坏、熔丝熔断、避雷器爆炸等事故，严重影响系统正常运行。本文分析了铁磁谐振的产生机理及其特点，认为分频谐振危害最大；深入全面地研究了实际应用消谐措施，结合实际应用情况，认为电压互感器一次绕组中性点安装消谐器的消谐方式。

一、铁磁谐振的特点

H.A.Petel'SOn等通过模拟试验对铁磁谐振进行了全面的研究，其中Eg为相电压有效值，Xco=l/co是线路每相对地容抗，X_LE是额定线电压下电压互感器的励磁感抗，励磁电感的伏安特性愈好，表明铁芯越不易饱和，谐振区域愈向右移，也即谐振所需要的阻抗参数值愈大,线路对地电容过大或过小，都可以脱离谐振区域,不再发生谐振。

谐振区域的划分可以反映铁磁谐振的特性．但铁磁谐振的影响因素众多，上述数据是在某个典型参数下进行试验得到的结果,只具有一定的参考价值,不能作为判定系统是否发生铁磁谐振的确切依据。另外,近年来许多学者的研究结果表明,随着线路对地电容的增大，X_LE超出谐振区域，不再发生铁磁谐振，但是单相接地消失后，Tv高压绕组流过低频饱和电流，最大幅值可达额定电流的几百倍．足以熔断Tv一次侧保险或损坏TV。高频谐振的过电压极其严重,远远超出设备绝缘水平,但高频谐振发生的线路长度范围极小，在实际工程中几乎不会出现：基频谐振和分频谐振的过电压水平在设备绝缘承受范围之内,但7rv一次侧电流则超出额定值百倍以上,对Tv高压熔断器和电压互感器本身都构成极大威胁，所以要予以重点研究，尤其是分频谐振。

二、电压互感器易烧毁及保险易熔断的原因

电压互感器高压侧熔断器熔断的影响因素，电压互感器低压侧发生短路，当低压保险没有熔断时，由于激磁电流增大，使高压保险熔断。当系统发生单相间歇性电弧接地故障时，将产生高电压，在这个高电压的作用下，电压互感器的铁心很快饱和， 激磁电流急剧增加， 使保险熔断。当电压互感器高低压侧发生单相接地或匝间、相间短路时，也会使高压保险熔断。由于某种原因，电路中的电流和电压发生突变，这时所引起的铁磁谐振将使电压互感器激磁电流增大几十倍， 大电流将使高压保险迅速熔断。

随着10 kV 配电网络的不断发展， 使得10kV 线路参数也发生了变化，由于10kV 线路（特别是电缆线路）对地存在分布电容，当电压互感器的励磁电感和配电网对地分布电容形成匹配时，在一定的条件激励下，如单相接地短路故障时，使得电压互感器产生磁饱和，从而引发铁磁谐振，该谐振过电压的幅值往往可达到相电压的 2～3.5 倍，从而使电压互感器烧毁或使高压保险熔断。铁磁谐振是电压互感器高压侧保险熔断的主要原因。因此，防止铁磁谐振是减少电压互感器高压侧保险熔断的有效办法。

三、消除铁磁振谐措施

1、改变电感和电容参数。由于只有当 XL＝1/Xc 时， 才具备谐振条件，从而产生谐振过电压。 （在 Xc /XL≤0.01 时，不会发生谐振）。从而可通过改变电感或电容参数，使其不易形成参数匹配，避免谐振的发生。目前主要的技术措施有：注意电压互感器的选型，一般要选择励磁特性好、伏安特性优越的电压互感器，使其在单相接地故障等过电压作用下，也不易进入较深的饱和区，从而不易构成参数匹配。每相对地加装电容器，可使容抗减小，从而达到 Xc /XL≤0.01 而消谐。串接单相电压互感器，使三相电压互感器等值电抗显著增大，从而满足 Xc /XL≤0.01 消谐。

2、在电压互感器一次绕组中性点与地之间接入，消谐电阻或非线性电阻器消谐这主要作用，一方面阻尼电压互感器引起的铁磁谐振，另一方面可限制在单相接地消灭时，电压互感器一次绕组回路中的涌流，而这种涌流往往会烧毁电压互感器及使电压互感器保险熔断。 具体的技术措施是加装消谐器。 目前在电力市场上应用的消谐器主要有 LXQ 型的消谐器，该消谐器主要由多个电阻元件并串联组成，具有适度的非线性及负的温度系数， 当发生单相接地时，中性点（N）产生高电位，此时消谐器电阻急剧减小，而温度快速上升，把电压互感器回路中谐振电流转化为热能散发掉， 最大限度保护电压互感器。故其具有较好的抑制电压互感器谐振和限制电压互感器涌流效果的同时，又不影响电压互感器的正常工作。消谐电阻选用阻值为 30 kΩ，功率为 600 W 的阻尼电阻； 消谐器可选用 RXQ—6—10 系列消谐器。

3、安装消谐装置。在电压互感器二次 开口三角回路中加装WNX-10C 型微电脑消谐装置， 消除系统中的分频、工频及高频谐振。在电压互感器开口三角绕组两端加装并联电阻，可用 300～500 W，220 V 灯泡或直径 0.35 mm 的漆包线，在 200 mm 的圆架上绕 2 200～3 000 匝，并接在电压互感器开口三角绕组两端。并联电阻在开口三角感应出零序电压时， 使零序电流得以流通，对高压线圈产生去磁作用，从而抑制谐振。

4、采用补偿装置。采用自动调谐原理的接地补偿装置，通过过补偿、全补偿或欠补偿的运行方式，来较好的解决问题；一般采用过补偿的运行方式。目前自动调谐接地补偿装置主要由五大部分组成：接地变压器、电动式消弧线圈、微机控制部分、阻尼电阻部分、中性点专用互感器和非线性电阻。

接地变压器是作为人工中性点接入消弧线圈。消弧线圈电流通过有载开关调节并实现远方自动控制，采用预调节方式，即在正常运行方式情况下，根据电网参数的变化而随时调节消弧线圈的分接头到最佳位置。

利用微机控制器实现自动跟踪和自动调谐。通过测量位移电压为主和中性点电流与电压之间的相位，能够准确的计算、判断、发出指令自动进行调整，显示有关参数，包括电容电流、电感电流、残流和位移电压等，还能追忆报警、自动打印和信号远送，满足无人值班变电所的需要。

目前采用的消谐措施都各有利弊，在选择消谐措施的时候，需要考虑配电网当前状况和未来发展规划及其自身特点，选择消谐措施．以防止铁磁谐振过电压、过电流及其他不利情况的发生。因此，通过采取提出的六条措施就可以有效地避免铁磁谐振的产生，而一旦消除了铁磁谐振谐振，电气设备运行将更加稳定，发供电质量得到进一步提高，供电更加可靠性，经济效益十分显著，对电力系统安全运行意义重大。

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