中性點(diǎn)非接地系統(tǒng)單相接地及鐵磁諧振過電壓研究

1、中性點(diǎn)非接地系統(tǒng)單相接地及鐵磁諧振過電壓研究多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，電網(wǎng)中性點(diǎn)絕緣 （非直接接地）系統(tǒng)，由于電磁式電壓互感器鐵芯飽和，引起的鐵磁諧振過電壓時(shí)有發(fā)生，特別是6KV配電網(wǎng)中出現(xiàn)較為頻繁，是造成事故最多的一種內(nèi)部過電壓。當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生這種過電壓時(shí)，由于電壓互感器鐵芯的過勵磁，導(dǎo)致其繞組的勵磁電流大大增加而飽和，嚴(yán)重時(shí)可達(dá)其額定勵磁電流的百倍以上，從而引起互感器的熔斷器熔斷，油浸式互感器噴油，繞組燒毀甚至爆炸，在某種情況下，這種過電壓幅值很高（最大為相電壓的3倍左右）引起閃絡(luò)放電擊穿絕緣或引起避雷器爆炸。另外當(dāng)這種過電壓發(fā)生有時(shí)還會出現(xiàn)“虛幻”接地（假接地）現(xiàn)象。一.單相接地與鐵磁諧振1從運(yùn)行

2、角度講，中性點(diǎn)不接地的配電網(wǎng)中，變電站母線安裝的電壓互感器組，目前一般都采用JDZJ-6單相干式互感器按三相星型接線，為了構(gòu)成絕緣監(jiān)視裝置能夠測量相電壓，因此互感器組的中性點(diǎn)必須接地。而電壓互感器生產(chǎn)商家，在設(shè)計(jì)互感器是按空載特性考慮的。電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，互感器勵磁電流很小，鐵芯不飽和。且互感器組與系統(tǒng)三相對地分布電容并聯(lián)的，且處于容性狀態(tài)。見下圖 圖 諧振電路如果三只互器器性能一致L1=.L2.=L3=L0（XL1=XL2=XL3=XL0）則并聯(lián)后的各相導(dǎo)納 YA=YB=YC=jC0+1/jL0因此中性點(diǎn)不會出現(xiàn)不穩(wěn)定的位移電壓，換句話說即中性點(diǎn)電位與地電位相等為零。2.當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生某種沖擊和

3、擾動時(shí)，鐵芯電感因受到“激發(fā)”而呈現(xiàn)不同程度的飽和，從而破壞了三相電路的“對稱性”，中性點(diǎn)必然出現(xiàn)位移，產(chǎn)生50赫茲的工頻的過電壓，也可能出現(xiàn)的是諧波頻率的分頻或高頻鐵磁諧振過電壓，這主要區(qū)別與激發(fā)的條件和成分。由此可見真正的單相接，出現(xiàn)兩相（飽和相）電壓升高，一相（未飽和相）電壓降低為零且較穩(wěn)定是金屬性接地。在這種狀態(tài)下中性點(diǎn)將會出現(xiàn)（零序分量）的位移電壓。在此電壓作用下，非接地的兩相電壓互感器將嚴(yán)重過電壓，勵磁電流就會大幅度增加，運(yùn)行時(shí)間長就會燒毀電壓互感器。因此電力行業(yè)有關(guān)規(guī)程規(guī)定，中性點(diǎn)非接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時(shí)，采用三相五柱式電壓互感器，允許運(yùn)行時(shí)間不得超過兩小時(shí)，如果采用單相電

4、壓互感器連接成的三相互感器組，允許運(yùn)行時(shí)間不得超過半小時(shí)。（因?yàn)槿辔逯皆诔霈F(xiàn)零序分量時(shí)，零序磁通可通過兩邊柱鐵芯構(gòu)成回路，主磁路不會出現(xiàn)嚴(yán)重過飽和，不會在短時(shí)間內(nèi)燒毀繞組。）如果是弧光接地，接地點(diǎn)燃弧，接地不穩(wěn)定。絕緣監(jiān)察裝置表計(jì)指針擺動較大，誘發(fā)鐵磁諧振的機(jī)率很大。眾所周知：電磁式電壓互感器引起的鐵磁諧振過電壓，實(shí)質(zhì)上是由于電磁式電壓互感器的非線性電感與系統(tǒng)的對地電容（分布電容）的諧振所引起的。諧振時(shí)中心點(diǎn)位移，三相相電壓幅值發(fā)生改變，而線電壓基本保持不變，因此在中性點(diǎn)處將產(chǎn)生具有零序分量的位移電壓。二產(chǎn)生過電壓的必要和充分條件1系統(tǒng)電源中性點(diǎn)對地絕緣。因?yàn)橹行渣c(diǎn)位移電壓都屬于零序電壓，

5、只有電源中性點(diǎn)絕緣的6-35KV系統(tǒng)才有可能發(fā)生這種位移電壓，因?yàn)樗鼈儗儆谛‰娏鹘拥叵到y(tǒng)中性點(diǎn)是不不接地的。2電壓互感器一次繞組中性點(diǎn)直接接地。開口三角零序電壓繞組為開路狀態(tài)。如果如果電壓互感器高壓繞組中性點(diǎn)不接地，則各相繞組跨接在電源的相間電壓上，不與對地電容CO相并聯(lián)，就不會產(chǎn)生位移電壓。另外若將開口三角閉合短路運(yùn)行，則感應(yīng)的零序電流在三角繞組中構(gòu)成回路，此電流對互感器高壓繞組有去磁作用，可抑制或消除諧振現(xiàn)象。3電網(wǎng)的對地電容與互感器的勵磁電感相匹配，使三相導(dǎo)納不相等而產(chǎn)生中性點(diǎn)為移電壓UO.4具有一定的外界“激發(fā)”條件。在外界的擾動“激發(fā)”下使互感器鐵芯飽和，導(dǎo)致中性點(diǎn)位移。激發(fā)的條件（

6、形式）有：1） 對帶電壓互感器組的空母線或空線路突然合閘充電。2） 由于雷擊或其他原因，使線路發(fā)生瞬間單相弧光接地，健全相電壓突然升高，接地消失后，故障相電壓突然恢復(fù)上升，會在互趕器一次繞組感應(yīng)出很大的勵磁涌流，導(dǎo)致鐵芯嚴(yán)重飽和。5過電壓的特點(diǎn)1） 對絕緣的電源中性點(diǎn)，位移電壓使得相對地出現(xiàn)過電壓。2） 中性點(diǎn)位移電壓可以是基頻，也能是分頻或高頻。3） 中性點(diǎn)位移電壓是零序電壓，因此在電網(wǎng)中有時(shí)會出現(xiàn)“虛幻”接地，即假接地現(xiàn)象。6電壓互感器的影響1） 鐵芯電感伏安特性愈，鐵芯飽和的越慢，即諧振激發(fā)區(qū)域變寬，所需要的阻抗參數(shù)XCO/XL愈大。反之容易誘發(fā)諧振。2） 電壓互感器損耗的影響，應(yīng)采用一

7、次繞組直流電阻大的電壓互感器。因?yàn)槠渥枘嵯禂?shù)R/XL中 R 為互感器一次繞組直流電阻，XL 為額定電壓下的勵磁感抗，電阻上的損耗越大，可吸收一部分能量，對諧振有一定的抑制作用。三 常見的電磁式電壓互感器燒壞的原因1三只互感器電氣性能不一致；在作空載試驗(yàn)（伏安特性試驗(yàn)）時(shí)，同一試驗(yàn)電壓下不同互感器空載電流（勵磁電流）數(shù)據(jù)分散相差太多。2運(yùn)行時(shí)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)三相電壓不對稱。如果三相電壓不對稱，或三只互感器特性不一致。嚴(yán)重時(shí)可能會出現(xiàn)假接地（虛幻接地）主要原因是中性點(diǎn)出現(xiàn)了位移電壓，開口三角輸出了較高的3UO誤報(bào)接地信號。長期運(yùn)行就可出現(xiàn)經(jīng)常燒互感器的問題。3系統(tǒng)單相接地故障后，電壓互感器運(yùn)行時(shí)間超過

8、規(guī)程規(guī)定的時(shí)間，互感器因嚴(yán)重長時(shí)間的過勵磁，因過熱而燒毀繞組。對干式互感器而言，嚴(yán)重時(shí)有時(shí)可見有黑色焦油狀的粘稠液體流出。4系統(tǒng)出現(xiàn)單相弧光接地且過電壓時(shí)，誘發(fā)互感器發(fā)生鐵磁諧振過電壓，擊穿互感器絕緣，造成系統(tǒng)兩點(diǎn)接地短路，在兩相短路電流 ，熱效應(yīng)和力效應(yīng)的雙重破壞作用下，電壓互感器組有樹脂炸裂，熔斷器瓷體炸碎，導(dǎo)體部分被電弧嚴(yán)重?zé)?、變形，柜?nèi)有大面積電弧噴射熏黑的痕跡。三 四 應(yīng)對的措施1改變參數(shù)避開諧振區(qū)1) 電壓互感器引起鐵磁諧振的區(qū)域是阻抗比XCO/Xl的函數(shù)。為了避開諧振區(qū)域，可以改變XCO 或XL 通常從以下幾方面進(jìn)行。（1） 改變XCO。當(dāng)XL 不變時(shí)減小或增大XCO 都可以達(dá)

9、到改變XCO/XL的目的。（2） 改變XL。當(dāng)XCO 不變時(shí)增大XL ，使XCO/XL小于001同樣可以避免諧振的發(fā)生。增大XL 的辦法有：（3） 選用伏安特性好的電壓互感器。運(yùn)行中互感器代上負(fù)荷后其工作點(diǎn)應(yīng)在伏安特性曲線的線性部分。 （直線段的三分之一到二分之一間，最好不要超過二分之一）即代負(fù)載越少越好越接近空載狀態(tài)越好。2互感器的試驗(yàn)和嚴(yán)格篩選： 1） 按裝互感器組用的干式單相互感器，必須采購質(zhì)量性能比較穩(wěn)定的商家的產(chǎn)品，按裝前除了作常規(guī)的絕緣試驗(yàn)和特性試驗(yàn)外，還必須作伏安特性試驗(yàn)。要選用同一廠家同類產(chǎn)品在額定試驗(yàn)電壓或13倍額定電壓下空栽電流（勵磁電流）最小的。且選用的三只互給器勵磁電流相互差不要超過百分之二。2） 建議在頻繁發(fā)生鐵磁諧振過電壓經(jīng)常燒毀互感器的變電站，試用油浸式三相五柱電壓互感器。3） 選用高電壓的電壓互感器。由于工作在伏安特性的線性部分，不易激發(fā)諧振。4） 減少并聯(lián)運(yùn)行的電壓互感器組數(shù)或減少互感器組中性點(diǎn)的接地?cái)?shù)。則可增大XL，同樣避開諧振的作用。3在互感器高壓繞組中性點(diǎn)接入足夠大的非線性電阻，RXQ（消諧器）。正常運(yùn)行時(shí)呈低阻，單相接地故障發(fā)生時(shí)，呈高阻，就可以阻尼流過高壓繞組和中性點(diǎn)的沖擊振蕩電流，使其急劇衰減，避免