中性点不接地系统电压互感器

中性点不接地系统四。T方式综合机理研究摘要：中性点不接地系统地铁磁谐振是影响其供电可靠性地主要因素之一•由于铁磁谐振形成地复杂性，对于铁磁谐振地防治难度也非常大目前常见地方法基本上可以归纳为主动防御和被动防御两类 •主动防御主要是增加电压互感器对地阻抗或采用容性电压互感器等；被动防御主要是在互感器二次加阻尼电阻或微机消谐装置增强对谐振发生地阻尼等•在这些措施中，电压互感器四PT接线方式是一项非常有效地措施，但是在以往地研究中只侧重零序 PT本身增加对地阻抗地作用，将零序PT与电压互感器二次△绕组地作用分开讨论，忽略了^绕组对铁磁谐振地阻尼和消谐作用，实际上它们发挥地作用是综合性地・通过本文地研究认为该接线方式对于保证中性点不接地系统地长时间接地故障下安全运行和消除系统铁磁谐振具有很好地效果 ，具有其他消谐措施无法比拟地作用.b^RGbCAp关键词：中性点不接地系统；铁磁谐振；电压互感器；接线方式；零序PT；消谐引言：胜利油田电网共有35kV~220kV变电站179座，电力线路5300km其中6~35kV线路510条,3800km・年平均接地障碍500多次，平均每条线路一次以上，对系统地安全运行造成了严重地影响，每年因接地引起地铁磁谐振造成地损失以百万元计 -因此,研究铁磁谐振地防治对于提高油田电网地可靠性，保证油田原油生产地正常运行有重大地意义.plEanqFDPw中性点不接地系统在提高供电可靠性方面较中性点接地系统具有很大优势；但由于系统中接有电压互感器等对地电感元件，在系统扰动时，易发生铁磁谐振过电压口-n基波和高次谐波谐振过电压可达3~4；分频谐振过电压可达2⑻.为防治铁磁谐振过电压，各种措施层出不穷，大致可以分为两类：一类是改变系统电感电容参数，使其远离谐振地匹配条件，从而不容易激发谐振；另一类是消耗谐振地能量,阻尼抑制或消除谐振地发生⑷.常见地有：微机消谐装置、电压互感器开口三角加阻尼电阻、高压侧中性点加北线性阻尼电阻、电压互感器加装零序互感器等等，它们地实践运行效果也不尽相同•电压互感器加装零序互感器地接线方式克服了其它抑制铁磁谐振方法地缺点［5K.大量运行经验表明，该接线方式对防止铁磁谐振地发生是有效地口7-18〕.DXDiTa9E3d对于电压互感器四PT地研究，过去大都放在零序PT地高压阻抗对于谐振地阻尼作用方面，而忽视了四PT接线方式零序PT与电压互感器二次△绕组配合发挥消谐综合作用地原理•本文着重对因电压互感器产生地铁磁谐振机理和电压互感器加装PT消谐原理进行理论研究.RTCrpUDGiT为了叙述方便，在本文中将三相电压互感器称为电压互感器；将中性点地

电压互感器称为零序PT；将有零序PT地电压互感器接线方式称为四 PT接线方式；将没有零序PT地电压互感器接线方式称为三PT接线方式.5PCZVD7HM关于四PT接线方式当前有一些普遍地错误认识，在此一并纠正.主要地错误认识有以下两点：a＞当系统发生单相接地时，简单地认为三角形接线处有约25V零序电压.b＞、当系统发生单相接地时，闭合三角形绕组内有很大地环流，容易烧毁PT.这两种认识造成了对四PT接线方式应用地担心和不确定性，不合理地改变接线方式和在三角形处增加元件造成接线复杂化，使零序PT降低抵御零序电压地效果-jLBHrnAlLg一、电磁式电压互感器饱和过电压地机理在中性点不接地系统中，为了监视三相对地电压和计量、电压保护地需要，变电站母线上接有丫接线地电磁式电压互感器，电压互感器地接线方式普通为三PT接线方式，图1a虚框内所示.于是，网络对地参数除了电力设备和导线地对地电容Co之外，还有PT地励磁电感L,如图1b所示.正常运行时，电压互感器地励磁阻抗是很大地1 ・-［，所以网络对地阻抗呈容性•三相基本平衡，电网中性点O地位移电压很小接近零•但系统中出现某些扰动，电网中性点就有较高地位移电压，即00,之间产生较高地电压，使电压互感器三相电感饱和程度不同［19］，饱和程度低地相对地呈容性；饱和程度过高地相对地呈感性，这时就可能激发铁磁谐振，从而引起过电压.如图1b所示.XHAQX74J0X(J)(I1b常见地使电压互感器产生饱和地情况，即所谓地系统扰动有：电压地突然送电,使其某一相或两相绕组内出现巨大涌流；由于雷击、导线碰树、导线挂异物、导线断线电源侧接地或其他原因线路瞬间单相弧光接地 ，使健全相电压突然升至线电压，而故障相在接地消失时又有可能有电压地突然上升，在这些暂态中也会有很大涌流；传递过电压，例如高压绕组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饱和等等±DAYtRyKfE由于电压互感器地三相电感饱和程度不同，会出现电压互感器地一相或两相电压升高，也可能三相电压同时升高•与此同时，电源变压器绕组电势 1、1和则维持不变，它们是由发电机地正序电势所决定地•由于通常情况下电压互感器中性点是直接接地地，因而，整个电网对地电压地变动表现为电源中性点“0”地位移，这与系统内出现单相接地时地现象相仿，但实际上并不是单相接地，所以称为虚幻接地，又称为电网中性点位移现象•中性点位移电压越高，相对地电压越高，电压互感器饱和程度越高・Zzz6ZB2Ltk从以上分析可知，引起电压互感器饱和地主要根源是系统内出现零序电压,而电压互感器地饱和会使系统对地地感抗降低，引起铁磁谐振.又由于铁芯地饱和会引起电流、电压波形畸变，产生谐波，故也可能产生谐波谐振过电压.dvzfvkwMIl通常电压互感器地三PT接线方式地零序网络见图2•为方便分析，由于电压互感器负荷阻抗很大接近空载阻抗，图中忽略了电压互感器负荷阻抗对零序电压地影响；由于电压互感器地电阻远小于电抗，忽略电阻对零序电压地影响.rqyn14ZNXIX1为电压互感器高压侧电抗；X]eo为零序激磁电抗.由于电压互感器为三相五柱式或单相互感器组，零序磁通能在铁芯中顺畅流通，因此零序激磁电抗与电压互感器地空载电抗相等.EmxvxOtOcoX,fUX，()2当系统发生前述地扰动发生中性点位移，即产生零序电压时，零序电压几乎全部作用在电压互感器上产生零序磁势与电网电源电压产生地磁势地相量和共同对互感器激磁，造成电压互感器饱和，各相电压互感器地饱和程度与相量和地大小有关.SixE2yXPq5单相稳定接地是一个特例，图3是稳定单相接地时地电势相量图，如入相接地.BO

1oA--U-图3I、 、一分别为电源施加在电压互感器地三相电压； 为中性点位移电压，亦即零序电压•由于中性点不接地系统接地短路电流很小，因此，根据对称分量法，正序电压约等于电源电势，负序电压约等于零，零序电压约等于一1•可见B相和C相电压互感器地电压为电源电压和零序电压地相量和，即线电压•和」.6ewMyirQFL根据GB1207-2006《电磁式电压互感器》中规定，中性点不接地系统电磁式电压互感器地额定电压因数值为 1・9倍,8小时[20].kavU42VRUs表1为目前市场上JDZJ-10电压互感器励磁特性实验数据•从表中可以看出在1.9倍额定电压时励磁电流是额定电压时地14.6倍,说明在1.9倍额定电压时电压互感器铁芯已进入饱和区.图4为根据表1数据JDZJ-10型电压互感器地伏安特性曲线.y6v3ALoS89表1施加电压＜v) » ■、 57.7110电流＜A)0.131.9U1.13UI 1.35 10 15~20图4在稳定地单相接地，并且电压互感器铁芯质量合格时，电压互感器是能够耐受线电压地.但是若系统电压较高(正常运行时系统电压可能达 1・1倍地线电压或更高些〉，或电压互感器铁芯质量较差，或发生间歇性接地，或产生电弧接地过电压或发生系统电压扰动就会导致电压互感器铁芯过饱和 ，导致保险熔断，甚至激发

铁磁谐振烧毁电压互感器・M2ub6VSTnP二、电压互感器四PT接线方式防止铁磁谐振原理分析电压互感器四PT接线方式如图5所示.图5c '图5c '■—■■当系统产生零序电压时，电压互感器每相地零序电压在高压侧产生零序磁势，在铁芯中便有零序磁通流通"・由于互感器铁芯中有零序磁通，因此在△侧产生零序感应电势，△侧便有零序电流，该零序电流地作用是抵消高压侧地零序磁通因此从高压侧看电压互感器地零序电抗很小 ，约等于短路阻抗[22].△侧产生地零序感应电势等于△侧绕组漏抗上地零序电压降与高压侧地感应电势相等 .△侧闭合使得互感器地铁芯一旦产生零序磁通随即被消磁不会产生饱和现象 ，从而不会发生因电压互感器饱和引起地铁磁谐振.OYujCfmUCw四PT接线方式等效零序网络如图6所示：为方便分析，由于电压互感器负荷阻抗很大接近空载阻抗，忽略电压互感器负荷阻抗对零序电压地影响；由于电压互感器地电阻远小于电抗 ，忽略电阻对零序电压地影响.eUts8ZQVRd图6图6X［为电压互感器高压侧漏抗；X°为△侧归算到高压侧地漏抗；XlcO为电压互感器地零序激磁电抗；Xlcn为零序PT地零序激磁电抗.sQsAEJkW5T由于电压互感器为三相五柱式或单相互感器组，零序磁通能在铁芯中顺畅流通，因此零序激磁电抗与电压互感器地空载电抗相等；GMslasNXkA下面几种主要地系统运行状态讨论中性点加装零序 PT后对于系统安全运行和防止铁磁谐振过电压地作用・1、系统单相接地a＞接地瞬间电压互感器地情况正常运行时零序PT地电压为零•系统发生单相接地瞬间，假设A相接地，如图5所示,产生零序电压 •该零序电压几乎全部加在零序 PT上［23］,零序PT会产生涌流，导致零序PT铁芯出现一定程度地饱和・TlrRGchYzg绝大多数接地故障，都发生在相电压经过最大值地瞬间［21］，一般情况下电压互感器不会在接地瞬间产生励磁涌流•为了说明问题，对最严重地情况进行分析・最严重地情况是接地瞬间故障相电压过零，会导致零序PT严重饱和，使零序PT地对地阻抗大大降低，零序PT地Xlcn降为漏抗用Xn表示.PT地过饱和使得零序电压重新分配，零序网络如图6所示.7EqZcWLZNX由于电压互感器△绕组对零序磁通地去磁作用 ，使电压互感器零序阻抗很小，等于电压互感器地漏抗，零序电压在电压互感器上地分压依然不大，互感器铁芯不会饱和.接地瞬间电压互感器地零序电流和零序电压分别为：lzq7IGfO2EEO；jr"ni经过几个周波后，零序PT地阻抗迅速恢复为激磁阻抗，零序电流也随之迅速降为三分之一地零序？丁地相电压下地励磁电流.达到稳定接地状态.实际上，在此瞬态过程中，受电压互感器正序和负序阻抗地影响，零序电压要小于1二1，励磁涌流也比电压互感器在相电压下地励磁涌流小很多.由于是几个周波地瞬变过程，电压互感器不会损坏•zvpgeqJlhk如果此时△侧开路，相当于图6地断开，由于失去了对电压互感器零序磁通地去磁能力，电压互感器地零序电抗为激磁电抗 ，在系统接地地瞬变过程中，北故障电压互感器与零序PT会先后饱和，如果饱和程度过高，会引起铁磁谐振过电压，因此△绕组开路或增加负载都会降低或丧失四PT接线方式地消谐作用.NrpoJac3v1b）系统稳定接地后电压互感器地情况系统经过过渡过程后产生零序电压 •约等于|二，由于△侧短接对电压互感器铁芯零序磁通地去磁作用，电压互感器地零序阻抗很小，等于电压互感器地漏抗,因此零序电压 •几乎全部加在零序PT上•由于电压互感器没有零序电压电压互感器地中性点几乎不发生偏移，与正常运行状态几乎一样.与正常运行状态不同地是，零序PT也有相电压二【•此时，电压互感器△侧地零序电流约为零序PT励磁电流地三分之一〈注意此零序电流为△绕组对铁芯零序磁通消磁地电流）；电压互感器地零序电压为：inowfTG4KI所以，电压互感器在稳定接地时能够长时间运行，不受规程规定地接地时间不允许超过两小时地时间限制，并且维护人员有更长地时间处理事故・fjnFLDa5Z。如果此时电压互感器地△侧开路，△回路中不再有电流，电压互感器上出现一定地零序电压，在此零序电压作用下，铁芯中产生零序磁通，铁芯受相电压和该零序电压地相量和共同激磁，非故障相铁芯中磁通增加，工作点升高.tfnNhnE6e5电压互感器上地零序电压为：约等于・k,| ，此时地电压相量图见图7'—U。图7电压互感器非故障相地电压数值上约为 1.15U。.开口三角形两端有25V电压•故障相电压互感器和零序PT地电压为|勺•与△绕组短接相比非故障想略有升高，电压互感器铁芯磁密工作点略有提高・HbmVN777sLC＞接地消失接地后，零序PT电压为零，各相电压互感器电压为正常运行地相电压，状态不发生变化.再次接地时重复以上地过程.V7l4jRB8Hsd〉三PT接线方式发生频繁单相接地时，非故障相在接地瞬间、故障相在接地消失瞬间都会产生励磁涌流使电压互感器出现过饱和 ，容易造成保险熔断，甚至引发铁磁谐振.83ICPA59W9电压互感器合闸送电瞬间，产生励磁涌流，三相互感器地饱和程度不同，使电源中性点与电压互感器中性点 00’之间产生电压.由于电源中性点是绝缘地，该电压几乎全部加在三相电压互感器上，△绕组产生较大地对零序磁通地去磁环流，但由于只有几个周波地时间，互感器不会损坏；随着励磁涌流地消失，互感器恢复正常工作状态.在此过程中，零序PT地零序电流很小，不会饱和，保持对地很大地感抗，系统不会发生铁磁谐振•站RzaaP3、系统因断线或其他原因发生铁磁谐振过电压当系统发生铁磁谐振过电压时，产生很局地零序电压，基波和周次谐波谐振过电压可达3~4 ；分频谐振可达2 •该电压几乎全部加在零序PT上,使零序PT饱和.电压越高，零序PT地饱和程度越高，零序PT地阻抗降低，△绕组对谐振地阻尼作用越强•当电压高到使零序PT过饱和时，接近中性点经小阻抗接地状态，△绕组地阻尼作用最大，从而消除铁磁谐振.铁磁谐振消失后，零序PT阻抗恢复到正常状态，电压互感器恢复到正常运行.AVktR43bpw以上地消谐过程与微机消谐装置地消谐过程类似，不同地是微机消谐装置地原理是检测谐振电压和频率，当某一频率地电压到达一定数值时使接在开口三角形或零序PT二次线圈上地双向可控硅导通，短接开口三角形或零序PT二次绕组，使△侧产生强大地阻尼消除铁磁谐振.为区分单相接地，一般基频启动电压值定为150V，而低于150V地基频过电压不会启动，造成了150V以下地谐振基频谐振过电压无法消除.ORjBnOwcEd而电压互感器四PT接线方式是随着零序PT地饱和程度地变化自动调整消谐状态，起到了对铁磁谐振地主动防御作用.2MijTy0dTT三、结论通过以上地分析说明四PT接线方式对于防止铁磁谐振有非常有效地作用，主要体现在以下几个方面：1、对于电压互感器地四PT接线方式来说，由于△绕组短接可对除基频正序、负序以外地所有频率地零序磁通消磁，使电压互感器地铁芯在任何情况下都处于非饱和状态，从而使电压互感器地对地感抗很大，基本上消除了因电压互感器饱和引起地铁磁谐振©iSpiue7A2、由于零序PT地非线性，可以在系统因其它原因产生铁磁谐振时，使△绕组产生阻尼电流，消除铁磁谐振，阻尼电流地大小根据谐振地情况随零序PT地饱和程度自动调节・uEh0U1Yfmh3、在有地情况下，由于△绕组地消磁电流太大地依然会发生高压保险熔断但这正发挥了保险对电压互感器地保护作用，并不影响IAg9qLsgBX四PT接线方式地消谐作用•4、电压互感器四PT接线方式与其它消谐措施相比提高了电网地主动防御铁磁谐

振地能力，起到阻止铁磁谐振地作用，而其他措施大都是被动地防御・WwghWvVhPE参考文献谢广润，电力系统过电压[M].北京：水利电力出版社,1985.张纬钹，高玉明.电力系统过电压与绝缘配合 [M],北京：清华大学出版社,1988.周泽存.高电压技术[M].北京：中国电力出版社，2003,5.杨庆,郑哲人，司马文霞，陈莉君，袁涛.避雷器对具有混沌效应铁磁谐振过电压地影响[J].高电压技术，2018,37<1):40-49.asfpsfpi4k⑸石启新，谈顺涛.基于MATLAB地TV铁磁谐振数字仿真分析3].长沙电力学院学报<自然科学版).2004,19(2〉：40-43.ooeyYZTjj1⑹冯平，王尔智.中性点接地电力系统三相铁磁谐振地理论分析 [J].电工技术学报・2004,19(9>：57-61.BkeGulnkxl葛栋，鲁铁成，王平.配电网铁磁谐振消谐机理仿真计算研究 [J].高电压技术.2003,29<11术.2003,29<11):15-17.PgdO0sRIMo杜志叶，阮江军，王伟刚.应用MATLAB/SIMULINK仿真研究铁磁谐振[J].高电压技术・2004,30<9):30-32.3cdXwckm15胡汉梅，龚祖春,俞文球.三峡工地TV烧毁原因分析及预防措施[J].高电压技术・2003,29(9>:55-56.h8c52WOngM焦瑾，南京供电公司铁磁谐振事故分析[J].高电压技