10kV電壓互感器單相接地與諧振分析

龔衡輝

內容摘要：本文理論上分析了10kV電壓互感器單相接地與諧振的區別，單相接地與諧振故障現象有著根本區別。正常情況下，當系統發生單相接地故障時，仍可在故障狀態下繼續運行一段時間。鐵磁諧振產生的過電壓對設備的影響最大，切不可將電壓互感器諧振誤判為單相接地而延誤了處理時間。

關鍵詞：10KV電壓互感器；單相接地；諧振

在電力系統中，電壓互感器是一種儀表用變壓器，是一、二次系統的聯絡元件，它能正確地反映電氣設備的正常運行和故障情況。正確區分電壓互感器單相接地與諧振對實際工作有很大幫助。

1 電壓互感器單相接地

在中性點不接地系統中，當系統發生單相接地故障時，系統仍可以在故障狀態下繼續運行一段時間，有供電連續性高的優點。但不接地系統發生單相接地故障后，非故障相會產生較高的過電壓，影響系統設備的絕緣性能和使用壽命，后果是出現更頻繁的故障。

1.1 當中性點不接地系統中發生金屬永久性單相接地時，如A相接地（針瓶、吊瓶、懸瓶、避雷器擊穿、配電變壓器繞相絕緣擊穿等），則UAN=0，非接地相UBN和UCN的電壓表指示由正常的58V升高到線電壓100V，電壓互感器開中三角兩端出現幾十伏電壓（正常時約3V），起動絕緣檢查繼電器發出接地信號并報警。

1.2 當系統發生非金屬性短路接地時，即高電阻、電弧、樹障等單相接地。如A相發生接地，則UAN的電壓比正常相電壓要低，其余兩相UBN和UCN為58～100V，電壓互感器開口三角處兩端有約70V電壓，達到絕緣檢查繼電器起動值，發出接地信號并報警。

1.3 當系統發生單相接地時，故障點流過電容電流，未接地的兩相相電壓增高3倍，這將嚴重影響線路和電氣設備的安全運行（此時電壓互感器的勵磁阻抗很大，故流過的電流很?。?。但是，一旦接地故障點消除，非接地相在故障期間已充的電荷只能通過電壓互感器高壓線圈經其自身的接地點接入大地。在這一瞬間電壓突變過程中，電壓互感器高壓線圈的非接地兩相的勵磁電流就要突然增大，甚至飽和，由此構成相間串聯諧振。由于接地電弧熄滅時間不同，故障點的切除就不一樣。因此，不一定在每次出現單相接地故障時，電壓互感器高壓線圈中都要產生很大的激磁電流，其高壓側熔斷器的情況也有所不同。

2 電壓互感器諧振

在系統諧振時，電壓互感器將產生過電壓使電流激增，此時除了造成一次側熔斷器熔斷外，還將導致電壓互感器燒毀。在個別情況下，還會引起避雷器、變壓器、斷路器的套管發生閃絡或爆炸。對于Y0/Y0電磁式電壓互感器，在正常情況下線路發生的單相接地不會出現鐵磁諧振過電壓，只有在下列條件下，才可能引發鐵磁諧振。

2.1 由于小型變壓器的絕緣老化，以致線圈絕緣擊穿引起匝間、層間短路。雖然電網在中性點不接地，單相接地電流不大，但較之變壓器的一次負荷電流要大得多。當配電變壓器內部發生單相接地故障時，故障電流通過抗電能力強的絕緣油對地放電，也會產生不穩定的電弧激發電網諧振。

2.2 隨意帶負荷拉開分支線路隔離刀閘，或帶負荷拉開配電變壓器的高壓跌落保險，造成刀閘間弧光短路而引發諧振。

2.3 運行人員操作程序不規范，未拉開電壓互感器高壓側刀閘，電壓互感器直接向空母線送電，引起電壓互感器鐵磁諧振。

2.4 運行中的電壓互感器諧振過電壓可在三相同時發生，出現各相電壓嚴重不平衡。將電壓互感器負載全部退出，重新測量其結果與未退出負載前相同。檢查電壓互感器一次側熔斷器完好，在排除主變和電壓互感器本身故障的可能性后，甩開電壓互感器的避雷器，電壓顯示與未甩開避雷器之前相同，而且每次投入時的電壓表指示數值均有變化。這是由于各相母線對地的相位不同，對地電容的大小有差異。另外，每次投入電壓互感器時，各相的接觸電阻以及同期性都隨力量、速度的變化而變化，所以各相的諧振程度就不相同。

2.5 各相對地參數不平衡，加上合閘瞬間相位角的即性原因，導致一相至兩相，甚至三相同時出現諧振現象。如果發生的是分頻諧振，因其頻率較低，電壓表會有周期性振動，但由于此時的感抗小，電壓互感器的激磁電流很大，往往會將電壓互感器燒毀。

3 消除鐵磁諧振的技術措施

3.1 選擇勵磁特性好的電壓互感器或改用電容式電壓互感器。

3.2 在同一個10kV配電系統中，應盡量減少電壓互感器的臺數。

3.3 在三相電壓互感器一次側中性點串接單相電壓互感器或在電壓互感器二次開口三角處接入阻尼電阻。

3.4 在母線上接入一定大小的電容器，使容抗（Xc）與感抗（XL）的比值小于0.01可避免諧振。

3.5 系統中性點裝設消弧線圈。

3.6 采用自動調諧原理的接地補償裝置，通過過補、全補和欠補的運行方式，來較好地解決此類問題。

4 結論

綜上所述，單相接地與諧振故障現象有著根本區別。正常情況下，當系統發生單相接地故障時，仍可在故障狀態下繼續運行一段時間。鐵磁諧振產生的過電壓對設備的影響最大，切不可將電壓互感器諧振誤判為單相接地而延誤了處理時間。

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