35 kV系统谐振过电压事故分析

龚俊祥，张　菁（国网山东省电力公司威海供电公司，山东　威海　264200）



35 kV系统谐振过电压事故分析

龚俊祥，张菁
（国网山东省电力公司威海供电公司，山东威海264200）

摘要：分析一起35 kV系统谐振过电压事故产生的原因。通过系统等效电路图计算系统中性点电压及三相对地电压幅值，利用电压向量图表达系统中性点及三相对地电压随系统角差的变化趋势。经分析，事故根本原因为：系统间某联络开关非全相形成串联线性谐振回路，产生谐振过电压。提出了防止谐振过电压的产生和降低其影响的措施。

关键词：35 kV系统；谐振；过电压

0　引言

过电压事故在非有效接地系统中时有发生，是电力设备损坏的主要原因之一。通过对一起35 kV系统谐振过电压事故的分析，找到谐振过电压产生的原因，提出防范措施，旨在防止谐振过电压的产生和尽量降低其影响。

1　系统运行方式

220 kV凤林站35 kV母线分列运行，涝台站2号主变压器运行，1号主变压器热备用，35 kV塔山站35 kV母线分列运行，Ⅰ段母线由35 kV涝塔Ⅰ线供电，Ⅱ段母线由35 kV凤塔Ⅱ线供电，热电厂35 kV母线分列运行，分别通过35 kV厂田线、厂孙线与系统连接，凤林站1号主变压器、涝台站2号主变压器和塔山站2号主变压器35 kV侧中性点接有消弧线圈。系统示意如图1。

图1　系统示意

2　事故发生经过

某日11∶52∶33，涝台站2号主变压器35 kV侧后备时限速段保护动作，35 kV侧开关跳闸，11∶52∶41孙家疃站35 kV厂孙线距离III段保护动作开关跳闸，11∶52∶50凤林站35 kV凤塔II线过流II段保护动作开关跳闸，11∶52∶54涝台站35 kV涝张线过流III段保护动作开关跳闸。事故后对35 kV线路及变电站一次设备进行了检查，35 kV望岛站35 kV 2号母线B、C相避雷器烧毁，塔山站2号主变压器中性点消弧线圈避雷器烧毁，35 kV涝张线张村站侧线路三相避雷器烧毁，热电厂35 kV 2号母线A、B相有支持瓷瓶击穿，塔山站分段300开关A相真空灭弧室外屏蔽罩成黑色，测量其上下电极间绝缘电阻为0。

3　事故原因分析

事故后对涝台站2号主变压器保护、孙家疃站厂孙线保护和田村站厂田线保护的故障波形进行了分析，涝台站2号主变压器35 kV侧后备时限速段保护动作和孙家疃站35 kV厂孙线距离III段保护动作的原因是热电厂35 kV母线运行方式没有执行调度指令分列运行，而是并列运行，致使涝台站主变压器后备保护与线路保护失去配合。当35 kV II段母线发生支持瓷瓶击穿故障时，涝台站至热电厂的线路阻抗变小，短路电流超过主变压器保护时限速断的定值，而短路电流被分到两条线路上，不超过线路的速断定值，引起主变压器后备保护越级跳闸。最后35 kV厂孙线距离III段保护动作切除故障。

涝台站2号主变压器跳闸，致使涝台站35 kV系统成为由热电厂作为独立电源的小电源系统，小电源发电机组与系统频率的偏差，使凤林、涝台系统联络的塔山站分段300开关两端最大承受2倍的相电压，分析由于300开关A相真空灭弧室的波纹管存在夹杂，长期运行中产生漏点，造成真空度下降［1］，在较高的端电压下发生触头间放电击穿，使塔山站35 kV分段300开关事实上处于A相导通的非全相运行状态，引发后续的谐振过电压事故。主要对系统谐振过电压产生机理、过电压幅值及对系统对地电压影响的程度进行定性分析，以解释此次事故3处避雷器烧毁原因。

3．1系统三相及中性点对地电压计算

由于塔山站35 kV分段300开关造成凤林、涝台35 kV系统形成A相电气连接，凤林、涝台35 kV系统的等效电路如图2所示（忽略系统对地电阻）。其中是凤林、涝台系统对地容抗，jωL是塔山站消弧线圈感抗。

图2　系统等效电路

根据戴维南原理，凤林、涝台35 kV系统A相电气连接点断开时，端电压为，电源为0时可计算得出系统内部等效阻抗，简化电路如图3所示，从此图中可计算得出系统内各元件电流电压的变化量［2］。

图3　简化电路

该电气回路由带铁芯的电感元件（消弧线圈）和电容元件（系统对地电容）构成，由于消弧线圈铁芯带有气隙，励磁特性接近线性，同时根据凤林站故障录波器所录电压相量分析，电气回路呈现为感性回路，不具备回路电流由电感性突变成电容性的相位反倾现象，因此该回路产生的是线性谐振而非铁磁谐振（非线性谐振）［3］。

凤林站系统中性点电压为

涝台站系统中性点电压为

为对系统三相及中性点对地电压有一个清晰直观的概念，根据凤林站故障录波器所录电压信息做系统电压相量图如图4。涝台站系统电压因频差以Δω=2π（f1-f2）相对角速度旋转，虚线圆为涝台站系统电压中性点变化轨迹，O点为地电位，至凤林站、涝台站中性点及三相电压的直线即为系统三相及中性点对地电压。涝台站系统电压与凤林站电压偏差163°即在相量图所处位置时，凤林站系统中性点及A、B、C三相对地电压分别为2．6、1．6、3．3、3．1倍额定相电压，涝台站系统中性点及A、B、C三相对地电压分别为0．6、1．6、0．93、0．78倍额定相电压。

图4　系统电压相量

3．2事故过程分析

凤林、涝台系统联络的塔山站分段300开关A相真空灭弧室发生触头间放电击穿后，经过1．3 s，涝台站系统电压与凤林站电压偏差达到163°，此时系统电压如图4系统电压相量图中所示，35 kV消弧线圈系统相地选用额定电压为1．25Um避雷器，中性点选用额定电压为0．72Um避雷器［5］，而凤林站系统中性点及B、C相对地电压高达1．4Um、1．8Um、1．7Um，造成35 kV塔山站2号主变压器中性点消弧线圈避雷器烧毁，望岛站35 kV 2号母线C相避雷器烧毁；望岛站35 kV 2号母线C相避雷器烧毁后，凤林站系统C相接地，此时系统电压相量图如图4所示，涝台站系统B、C相对地电压升高至1．5Um、1．9Um，0．6 s后造成35 kV涝张线张村站侧线路C相避雷器烧毁，1．6 s后35 kV望岛站35 kV 2号母线B相避雷器烧毁，形成相间接地短路故障，凤林站凤塔II线保护动作跳闸，35 kV涝张线张村站侧线路B相避雷器烧毁，形成相间接地短路故障，涝台站涝张线保护动作跳闸。凤林站凤塔II线保护动作跳闸后切断了两个系统之间的联系，消除了谐振条件，没有造成更多的设备故障。

4　改进措施

为避免此类谐振过电压的再次发生，应保证在任何运行方式下，系统不失去消弧线圈补偿，且消弧线圈处于过补偿状态。若本次事故中涝台站系统没有失去消弧线圈补偿，电压将被两个感性阻抗分压，谐振过电压受到了一定的抑制，当凤林站、涝台站系统经消弧线圈过补偿后残流基本一致时，系统中性点电压将相等，为电压的二分之一。

因此，涝台站35 kV系统新增一台消弧线圈，使每段都具有消弧线圈补偿，并列运行时，一台消弧线圈处于手动状态，基本补偿本段系统的电容电流，另一台处于自动补偿状态；分列运行时，两台消弧线圈都处于自动补偿状态。根据涝台系统网络结构，消弧线圈安装在涝台站35 kV母线，经专用接地变压器接入，防止消弧线圈随主变压器停运而停运。

5　结语

本次系统过电压事故实际是由于两个35 kV系统之间形成非全相电气联系，由带铁芯的电感元件消弧线圈和系统对地电容构成串联线形谐振回路，产生了中性点谐振过电压，使三相对地电压异常升高所致。当两个系统同时出现接地信号，且某相电压相同时，应怀疑两个系统之间形成单相电气联系，快速采取措施进行查找处理。今后应开展对各类小电流接地选线原理如中电阻接地选线是否适用于此类故障等研究工作，研究选择包括接地等各类异常情况下能够自动进行故障判断和定位的选线装置，以便于调控人员快速采取措施进行异常或故障处理。

参考文献

［1］孙成宝．变电检修［M］．北京：中国电力出版社，2003．

［2］朱声石．高压电网继电保护原理与技术［M］．北京：中国电力出版社，1995．

［3］王伟，屠幼萍．高电压技术［M］．北京：机械工业出版社，2011．

［4］要焕年．电力系统谐振接地［M］．北京：中国电力出版社，2000．

［5］傅知兰．电力系统电气设备选择与实用计算［M］．北京：中国电力出版社，2004．

Analysis of Resonance Overvoltage Accident in 35 kV Power System

GONG Junxiang，ZHANG Jing
（State Grid Weihai Power Supply Company，Weihai 264200，China）

Abstract:The cause of one resonance overvoltage accident is analyzed．Voltages of three phases and the neutral point are calculated using the equivalent circuit of power system．Voltage change trends of three phases and the neutral point with the system angle difference are showed by voltage vector diagrams．Conclusion is reached that the root cause of the accident is the resonance overvoltage of the series-wound linear resonance circuit caused by the open-phase operation of interconnecting switch．Corresponding measures are put forward for the prevention of the resonance overvoltage．

Key words:35 kV power system；resonance；overvoltage

中图分类号：TM86

文献标志码：B

文章编号：1007-9904（2016）02-0066-03

收稿日期：2015-11-06

作者简介：

龚俊祥（1972），男，高级工程师，从事电网规划工作；张菁（1975），女，高级工程师，从事变电设计工作。