10 k V系统谐振事故分析

2014-10-10余新江

机电信息 2014年33期

关键词：中性点互感器谐振

余新江

(国网浙江建德市供电公司，浙江杭州 311600）

10 k V系统谐振事故分析

余新江

(国网浙江建德市供电公司，浙江杭州 311600）

针对110 k V变电站10 k V母线所属外部线路发生单相接地故障引起系统谐振，分析了10 k V设备保护动作情况，电压互感器发生过电压B相击穿导致高压熔丝熔断、部分配网设施过压击穿情况，同时对谐振发生的不同阶段的各种因素进行了探讨，采取针对性措施抑制系统谐振，提高故障处理速度，确保10 k V系统供电可靠性。

10 k V系统；谐振；过电压

0 引言

110 k V变电站一次系统正常运行方式下，10 k V母分开关热备用，10 k VⅠ、Ⅱ段母线分列运行。

1 故障情况分析

本次故障从时间先后顺序上可以分为4个阶段。

(1）第一阶段:10 k VⅠ段母线所属外部线路单相接地故障引起系统第一次谐振，后果为10 k V 1#、10 k V 2#电容器过压动作，10 k VⅠ号压变B相被击穿，部分配网设施过压击穿。该阶段情况大致如下:

1）10 k VⅠ段母线接地动作，进而相电压、线电压异常。监控系统报告如表1所示(由于电压幅值超过预置门槛，部分电压数值显示为负）。

2）小电流接地选线装置情况如表2所示(由于小电流选线装置不与GPRS对时，因此时间有偏差。经过比对，小电流选线装置时间比GPRS约快4 min）。

3）分析:此次谐振先是高频谐振，后来为基频谐振。高频谐振对10 k V电压互感器和外部配网设备产生了第一波冲击，之后的基频谐振加剧了这种情况。

表2 小电流选线装置情况

(2）第二阶段:拉路选线确定故障线路(即10 k VⅠ段母线和10 k VⅡ段母线并列，利用10 k VⅡ号压变来判断），完成故障巡线后进行线路试送期间发生第二次谐振。后果为10 k V 1#、10 k V 2#、10 k V 3#、10 k V 4#电容器过压动作，10 k VⅡ号压变熔丝熔断，部分配网设施过压击穿。该阶段情况大致如下:

1）10 k VⅡ段母线接地动作，进而相电压、线电压异常。监控系统报告10 k VⅠ段母线线电压幅值(bc）越正常上限14.757 V。

2）小电流接地选线装置报告谐振情况:3U0=154.2 V，频率=49.7 Hz。

3）本次谐振为基频谐振。原先10 k VⅡ母所属10 k V线路并无故障，经过这次谐振冲击，至少引起了10 k VⅡ母上线路设备击穿故障，故障范围扩大。

(3）第三阶段:依次对10 k VⅠ母所属线路和10 k VⅡ母所属线路进行拉路，并找出10 k VⅡ母上的故障线路且进行隔离后，10 k VⅠ母所属线路重新并入10 kVⅡ母运行时(查找10 k VⅡ母所属线路时，10 k VⅠ母和10 k VⅡ母改为分列运行），发生第三次谐振。

(4）第四阶段:受前几次谐振影响，配网绝缘薄弱处继续发生新的击穿，进而造成系统再一次接地，并引起第四次谐振。

采用全麻方式，手术体位取侧卧位。取肩关节镜标准后方入路首先进行关节前下盂唇韧带复合体的探查。当确认骨性Bankart损伤病变后，将关节镜头切换至前上方入路，镜下可观察关节窝完整的视野。通过探针探查损伤的盂唇韧带复合体，进行骨性Bankart损伤程度评估。慢性病例中脱落的碎骨块可能与关节盂内侧的颈部紧密粘连，此时应对该部位碎骨块进行彻底的松解，整个松解过程中应注意保护前下盂肱韧带复合体结构免受损伤，尽量避免增加骨碎片的产生。

2 事件分析

(1）电网产生谐振的2个必要条件是:1）系统电感为欠补偿状态，即回路参数必须满足ωL＞1/ωC；2）电网发生了外部扰动。

对于条件1）的说明:一般PT的励磁感抗在千欧至兆欧级。根据粗略计算，10 k V出线电缆(包括所有支线）长度为5.435 km，这些电缆产生的电容电流为:IC=0.1×UP×L=0.1×10.5×5.435=5.70 A；架空线路长度(含分支）为131.917 km，架空线路产生的电容电流为:IC=2.7×UP×L×10-3=2.7×10.5×131.917×10-3=3.739 A。另外考虑变电站、配电室对整个电容电流有15%左右的影响，110 k V变电站的总电容电流约在11.3 A左右。由此计算得到110 k V变电站系统容抗在1 kΩ左右。

对于条件2）的说明:本次故障发生时有明确的接地现象，即外部扰动也是存在的。

(2）中性点非直接接地系统中，10 k V母线上测量和监视的电压互感器，其一次绕组星形接线，并且中性点近似直接接地，因此，网络对地参数除了电力设备和导线的对地电容之外，还有电压互感器的励磁电感，其均是并联连接的，各自组成独立的振荡回路。

令EA、EB、EC为电源变压器的绕组电势，C0为母线和线路的对地电容，LA、LB、LC为电压互感器各相励磁电感。则各相的导纳为:

中性点对地电压为:

一般情况下，电压互感器的参数对称，LA=LB=LC，1/ωLA=1/ωLB=1/ωLC＜ωC0。这样YA=YB=YC，各相导纳呈容性，三相对地负荷是平衡的，电源中性点电位是0，即不发生位移现象。当系统中出现接地扰动时，导致一相或两相的对地电压瞬间提高，从而使电压互感器相应相电流增加，电压互感器铁芯趋于饱和，其励磁电感迅速减小，使得YA、YB、YC中出现感性导纳，这样YA+YB+YC=ΣY的值显著减小，导致中性点出现位移电位，从而形成谐振现象。

(3）当存在非金属性永久接地故障时，造成电压互感器过电压，引起互感器熔丝熔断。系统正常运行时，系统线路对地电容所带的总电荷之和为0，但当某一相接地时，另两相电压升高到线电压，这两相的对地电容也随线电压的升高而升高。当接地故障持续，在线电压作用下，电荷在接地点和大地之间构成通路，产生电容电流。

3 处理措施

(1）制定电网发生谐振时的应对处置预案，使今后这类情况能得到妥善、快速处理，尽量缩小停电范围和减少设备损坏。

(2）组织进行一次设备排摸和相关数据测试，电压互感器铁芯饱和引起的铁磁谐振过电压必须改变系统参数才能抑制。如果在系统的中性点上接入消弧线圈破坏它的谐振条件，PT的励磁感抗比较大(千欧至兆欧级），而消弧线圈的感抗(百欧级）比较小，这样谐振条件ωL＞1/ωC很难满足，谐振就不会发生。有了消弧线圈后，电容对小感抗放电，PT中电流就很小而不会烧毁。根据计算，目前10 k V系统电容电流约在11.3 A左右，且为中性点不接地系统，因此其电容电流略微超出10 A的限值。针对类似情况要在设备上加以完善，加装消弧线圈控制系统，补偿系统发生谐振时的系统参数。

(3）加装配网线路故障指示仪，故障指示仪选型应能最大程度方便故障信息查找和掌控。

(4）研究线路避雷器的改进措施，当电网发生过电压时，可以有效地抑制冲击电流，保护线路设备。

(5）制定专门措施，对电网各10 k V、35 k V系统进行电容电流测量。当电网发生较大变化时，专门安排测量。同时定期对接地PT和消谐电阻进行试验。

(6）对用户侧电压互感器进行排查，尽量减少用户侧电压互感器中性点直接接地数量。