中性点不接地系统产生铁磁谐振的原因及解决措施

王敏

摘 要：在变电运行中出现的铁磁谐振现象，极易导致电压互感器高压侧熔断器熔断，严重时甚至导致PT烧毁。通过介绍中性点不接地电网中出现的铁磁谐振现象，分析了出现此现象的原因，并结合具体的运行实践，提出了有效预防和消除这一现象的措施。

关键词：中性点；不接地电网；铁磁谐振；熔断器

中图分类号：TM864 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.17.148

1 铁磁谐振现象

在电力系统中，除了电阻元件外，还有很多电感元件和电容元件，变压器线圈、电压/电流互感器线圈、消弧线圈等都属于电感元件，而补偿电容、高压设备的杂散电容等属于电容元件。此外，线路中不仅存在电阻，还存在电感和对地电容。由电路知识可知，在某一回路中，电感和电容满足谐振条件时会发生谐振现象，导致阻抗减小，回路电流增大。在35 kV及以下中性点不接地电网中，有时会出现铁磁谐振现象，导致电压互感器熔断器熔断或接地保护误动，严重时甚至导致PT烧毁。

2 铁磁谐振现象的预防和消除措施

2.1 因系统单相接地故障引起的谐振

在10 kV中性点不接地电网中，当发生单相接地故障时，故障相电压为零，非故障相电压升高到线电压，根据安全规程，在这种情况下可以保持电网继续运行2 h。此时，由于电压升高，非故障相的电压互感器高压侧一次电感可能会出现铁芯饱和或接近饱和的现象，导致电感值变小。由于线路每相均存在对地电容，对地电容与电压互感器高压侧接地一次电感相当于构成了并联回路，在电压互感器电感值变小的情况下，这两者极有可能满足并联谐振条件——容抗值域感抗值相等，形成并联谐振，导致流过电压互感器一次侧的电流增大，从而导致高压熔断器熔断或互感器烧毁。虽然在变电站新建投运时这种情况发生得不多，但随着回路的增加和线路对地容抗的增大，这种情况则发生得较多。

2.2 操作过程中引起的谐振

在10 kV中性点不接地电网中，电压互感器高压侧电感都是接地的，假定L为电压互感器高压侧电感，C为各相对地电容，线路每相均存在对地电容，各相对地电容也是接地的，因此L与C构成了并联回路。在操作过程中，当出现以下情况时，极有可能引发铁磁谐振现象：①在三相合闸时，由于三相触头不同期，合闸最慢的一相相当于在触头间串联了一个电容，这时该相有可能与电压互感器高压侧电感构成串联谐振，导致电流增大。但由于合闸时间相当短，因此这个过程也很短暂，通常只是中央信号装置的电铃响一下，仪表摆动一下，随着合闸的完成，此过程结束。②在合闸过程中出现操作过电压。假定A相出现操作过电压，由于其电压过高，电压互感器高压侧线圈铁芯饱和，感抗减小，电压互感器高压侧三相阻抗不对称，导致电压互感器中性点电压偏移，引发铁磁谐振现象。③误操作时，如果带负荷拉开隔离开关或配电变压器的高压跌落保险，导致隔离开关处产生电弧，引起线路短路，进而引发铁磁谐振现象。④运行人员操作不规范，在合闸相线路充电操作时，未拉开电压互感器高压侧开关，导致直接向空母线送电时出现电压互感器谐振。我局多个变电站在施工验收准备送电时出现过此类现象。

根据铁磁谐振现象出现的原因，分析了我局变电站谐振现象的性质。当主变投入运行后，在母线充电的过程中，先将10 kV电压互感器投入运行，随后出现谐振现象，这种情况属于运行人员操作不规范引起的谐振。10 kV母线发生谐振后，电压互感器发出强烈的噪声，开口三角有零序电压产生，三相相电压表指示升高。此时迅速投入一条空载线路，改变谐振条件，故障即可消失。

我局在35 kV尚匡变电站技改验收送电时出现过一次谐振现象。当时，10 kV母线恢复送电后电压正常，当10 kV尚匡线送电时，电脑监控屏报10 kV电压互感器3U0出现零序电压告警，A，C 相电压指示降低，B相电压指示升高但未超过线电压，且这三相电压来回波动，很不稳定，判断这种情况是因10 kV线路接地引起的。断开10 kV尚匡线开关后，上述现象消失，但检查线路时发现并不存在接地现象，重新送电后又出现此现象。这时检查发现10 kV尚匡线送出后无用电负荷，验收组重新分析讨论原因。笔者提出尚匡线开关操作机构前期曾更换过，上述现象可能与真空开关的调整情况和数据有关。经过停电试验发现尚匡线开关数据不合格、开关未合到位，造成接地假象。开关调整试验合格后送电，一切恢复正常。

3 消谐实践过程描述

分析了铁磁谐振过电压产生的原因后，结合实际运行经验，提出了以下消谐措施：①除了在电源侧为了绝缘监察必须将电压互感器高压侧中性点接地外，其他电压互感器高压侧中性点尽量不接地。这是因为网络上中性点接地的电压互感器相当于并联分布，台数越多，总的励磁特性曲线越容易达到饱和，也就越容易发生谐振。②采用励磁特性好的电压互感器。电压互感器的励磁特性越好，铁芯越不容易饱和，谐振越不容易发生。③加强断路器的检修，减少三相非同期合闸的发生，从而降低谐振发生的概率。④在向空载母线充电时，为了防止发生铁磁谐振，应该先投入母线，再合上电压互感器高压侧开关。⑤电压互感器二次侧开口三角绕组并联小电阻或接消谐器可有效消除谐振，同时不影响正常的运行。但是，由于事故原因是多样的，如果重复谐振或谐振持续时间较长，这种方法仍不能很好地消除谐振。⑥在电压互感器高压侧中性点经过电阻接地时，由于电感串联了电阻，破坏了发生谐振的条件，有利于减少谐振的发生。在选取接地电阻时，并不是电阻越大越好。当电阻无穷大时，虽然电压互感器高压侧中性点相当于不接地，不会产生谐振，但电网发生单相接地故障时，电压互感器开口三角的输出电压过低，影响接地保护的灵敏性。因此，目前电压互感器一次侧中性点大多采用非线性电阻，当电网正常运行时该电阻呈现小电阻状态，不影响互感器的绝缘监察功能；当满足铁磁谐振条件时，该电阻呈现大电阻状态，可有效防止铁磁谐振的发生。

参考文献

[1]万千云，梁慧盈，齐立新，等.电力系统运行适用技术问答[M].北京：中国电力出版社，2005.

[2]王士祯.电网调度运行技术[M].沈阳：东北大学出版社，1997.

〔编辑：刘晓芳〕