变电站6kV系统铁磁谐振分析

变电站6kV系统铁磁谐振分析

摘要：变电站在运行过程中经常发生铁磁谐振，往往会造成严重后果，轻则引起PT保险熔断，重则发生PT烧毁、绝缘闪络、避雷器爆炸等事故。我们通过测试中原油田采油厂变电站6kV系统的电容电流及电压互感器伏安特性，计算其基频容抗与感抗的比值，阻抗比落在1/2分频谐振区域，分析出电压互感器高压保险熔断的原因为系统发生了铁磁谐振，提出了消弧线圈投入运行及更换不易饱和电压互感器等改进措施。达到了变电站PT平稳运行的结果，确保了全厂供电的安全性和可靠性

关键词：6kV系统 铁磁谐振 分析

前 言

电力系统中经常发生铁磁谐振过电压，谐振是一种稳态现象，电网中的电感、电容元件在系统进行操作或发生故障时可形成各种振荡回路，在一定的能源作用下，会产生谐振现象，导致系统某些元件出现严重的过电压，而且谐振过电压还可能在过渡过程结束以后较长时间内稳定存在，直到发生新的操作、谐振条件受到破坏为止。谐振过电压的持续时间要比操作过电压长得多，这种过电压一旦发生，往往会造成严重后果，轻则引起PT保险熔断，重则发生PT烧毁、绝缘闪络、避雷器爆炸等事故。采油二厂变电站的运行经验表明，谐振过电压可以在各种电压等级的网络中产生，尤其是在35kV及以下的电网中，由谐振造成的事故较多，已成为中原油田采油厂变电站急需解决的问题。

1 铁磁谐振产生的原因

在中性点不接地系统中，为了监视三相对地电压，变电站母线上常接有Y0接线的电磁式电压互感器。于是网络对地参数除了电力设备和导线的对地电容C0外，还有电压互感器的励磁电感L，

正常运行时，电压互感器的励磁阻抗是很大的，所以网络对地阻抗仍呈容性，三相基本平衡，电网中性点0的位移电压甚小。但当系统中出现某些扰动，使电压互感器三相电感饱和程度不同时，电网中性点就有较高的位移电压，可能激发起谐振过电压。

常见的使电压互感器产生严重饱和的情况有：电压互感器的突然合闸，使其某一相或两相绕组内产生巨大的涌流；由于雷击或其他原因，线路瞬间单相弧光接地，使健全相电压突然升高至线电压，而故障相在接地消失时又可能有电压的突然上升，这些暂态过程中也会有很大的涌流；传递过电压，如高压绕组侧发生单相接地或不同期合闸，低压侧有传递过电压使电压互感器铁芯饱和等等。

2 中原油田采油厂变电站铁磁谐振故障及分析

采油二厂35kV/6kV变电站建于1991年，主要担负着采油二厂生产的供电任务，年供电量近52万kW.h。该站共有2条35kV进线（濮甲线和濮乙线），为双母线进线方式，站内两台主变压器容量均为12500kVA，35kV断路器共有5组，6kV高压开关柜30面，电缆出线53条。

该站接有母线对地电容器和消谐器，但还是经常发生铁磁谐振现象，每年更换150余只PT保险。仅2012年4月17日至5月8日的21天时间里，该站就先后出现一个晚上更换30余只PT保险的情况，共造成52只熔断器熔断、6只6kV PT过热烧坏故障，消谐器多次报1/2、1/3分频谐振信号。2012年5月14日测试了采油二厂变电站6kV系统电压为6.2kV，测试系统电容电流为14.76A，经计算系统零序容抗为：

XC0=3U相/IC=3×（6.2×103/1.732）/14.76=728（Ω）

分析由PT伏安特性曲线可知：在额定电压时（57.7V），变电站6kV系统Ⅰ、Ⅱ段PT运行在伏安特性曲线的线性段；大于额定电压后（57.7～70V），PT工作在伏安特性曲线的膝部，当系统单相接地时，其非接地相的相电压升高，此时PT即进入饱和状态，使互感器进入饱和区工作，电流剧增，从而造成互感器一次保险熔断。

零序容抗与感抗的比值为：XC0/XL=728Ω/15.2316kΩ=0.0478

根据肖特（H.S.Shott）和彼德生（H.A.Peterson）对典型互感器励磁特性研究可知：

当XC/XL =0.01～0.08时，阻抗比刚好落在1/2分频谐振区域，电压互感器回路可能会发生1/2分频谐振。

由此可见，导致采油二厂变电站6kV PT高压保险频繁熔断、PT过热烧坏的原因为：电网单相接地时，引起弧光过电压使电压互感器铁芯饱和，1/2分频时6kV系统电压互感器与线路对地电容回路发生了铁磁谐振。

3变电站铁磁谐振过电压的防治与消除措施

防止和消除6～35kV电网铁磁谐振的措施一般可归纳为两大类：一类是改变参数，破坏产生谐振的条件；另一类是接入阻尼电阻，增大回路的阻尼效应。

电压互感器引起铁磁谐振的区域是阻抗比XC0/XL的函数，为了躲开谐振区域，可以改变XC0或XL，常用方法如下：

3.1改变参数躲开谐振区。当XL不变时，减小或增大XC0，都可以达到改变XC0/XL的目的。如在变电站的母线上增加出线数，或在母线上加装集中电容器。当XC0不变时，增大XL，使XC0/XL<0.01，避免谐振的发生。增大XL的方法有：

（1）选用励磁特性好的电压互感器，使其工作点在伏安特性的线性部分，当有外界激发因素时，铁芯不易饱和，也就难于发生谐振。此项为治本措施。

（2）减少电压互感器的并联台数或高压侧一次中性点的接地台数。

（3）投入消弧线圈。在中性点不接地系统中，中性点经消弧线圈接地，可减小单相接地时故障点的电容电流，帮助瞬间接地电弧的熄灭，从而有效防止单相弧光接地引起的过电压，避免电压互感器铁芯饱和；从现场的运行情况来看，该方法是最有效的一种方法，发生铁磁谐振频繁的电网，在装设消弧线圈后，铁磁谐振显著减少，运行效果较好。

3.2增大回路的阻尼效应

在电压互感器二次绕组开口三角端子接入阻尼电阻。电压互感器二次侧开口三角处绕组两端没有电压。或只有极小的不对称电压。当电网发生故障时，由于此电阻阻值较小，故绕组两端近似短接，起到了改变电压互感器参数的作用。这一措施能防止电压互感器发生磁饱和，还可以有效地消耗谐振的能量，从而达到避免谐振过电压。

电压互感器一次侧中性点与对地之间接入阻尼电阻。阻尼电阻是根据电阻在电路中的作用命名，是防止回路等幅震荡，在线路中串联电阻来消耗一部分能引起震荡的能量。低压下它呈现高电阻值，通过电阻限流作用，会对谐振初期有抑制，单相接地时，

阻尼电阻上呈现千余伏电压，它的非线性电阻下降，使其不影响接地保护的工作，也同时起到吸收谐振的作用。

结束语

目前，经过两年多的运行，变电站6kV PT高压保险无一次烧毁现象发生，从而使变电站PT运行状态更加平稳，确保了全厂供电的安全性和可靠性。实践证明，上述两种方法相结合使用时，应用较好。