不接地系统产生谐振的原因及措施.docx

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不接地系统产生谐振的原因及措施

不接地系统产生谐振的原因及措施

1　前言

在实际的变电运行管理中，有时由于中性点不接地系统的线路发生单相接地或单相接地消失的瞬间，经常造成电压互感器一次侧熔断件熔断。

或者是在进行正常的倒闸操作中，通过投入空载母线时，往往发现母线电压指示不正常或出现接地信号，但却没有发生明显的接地迹象,主要是由于电压互感器的铁磁谐振造成的。

这种情况经常会使值班人员误判为电压互感器故障或是变电所内母线系统发生接地故障，影响了正常的运行管理。

2　电压互感器产生谐振的原因分析

（1）　在中性点不接地系统中，虽然电源侧的中性点不直接接地，但电压互感器的高压侧中性点是接地的，若Ca，Cb，Cc为各回线路（包括电缆出线和架空线路）三相对地的等值电容，而La，Lb，Lc则为母线电压互感器的一次侧三个线圈的对地阻抗（忽略其线圈电阻），假设系统发生单相接地（如A相），其接线图如图1所示。

图1　接线图

此时，电压互感器的铁心线圈相当于与电容器并联，构成了可能产生谐振的并联电路，由于相对地电压升高倍，有可能使得电压互感器的铁心出现饱和或接近饱和，阻抗变小，电路中出现容抗和阻抗相等的情况，从而产生了并联谐振，此时互感器一次侧的电流最大，这样有可能使电压互感器的高压侧熔断件熔断，或者烧坏电压互感器。

此种情况往往在变电所投产初期（线路出线回路少）不是很明显，但随着线路出线回路的增多（各回线路对地的等值电容量增大，容抗增大）出现谐振的情况较多。

（2）　倒闸操作时，由于电压互感器的谐振而造成母线电压不平衡。

此种情况往往是在设备进行关合空载母线时发生，如图2所示。

当系统，投入501断路器，由于10kV母线处于空载状态，其等值电路图可由图3表示。

图2　示意图

图3　等值电路图

图3中L是电压互感器一次线圈的电感，C是各相母线对地电容，由于电压互感器的中性点是接地的，且各相对地电容的一端也是接地的，在正常情况下，三相电容是对称的，但当用501断路器向10kV母线充电时，就存在着以下两种情况：

①由于合闸瞬间的三相触头不同期性，此时最慢接触的一相在触头间相当于串联上一个电容（如A相）。

当电容的容抗等于互感器的感抗时即产生谐振，但该状态下只是使中央信号装置的电铃响了一下，仪表摆动一下，但随着操作的完成该现象随之消失。

②由于合闸过程中产生操作过电压，此时假设断路器在合闸操作过程中A相出现过电压，则有可能使A相电压互感器铁心出现饱和，使A相电压互感器线圈感抗变小，从而三相的总阻抗出现不平衡，使电压互感器的中性点对地电压发生位移现象。

3　消除铁磁谐振的措施和方法

（1）　采用质量好，技术性能优，铁心不易饱和的电压互感器。

（2）　提高断路器的检修质量，确保合闸操作的同期性，减少操作过电压。

（3）　必要时可采用改变操作顺序，以避免操作过程中产生谐振的条件。

（4）　对在空载母线的充电中产生的谐振，可以采用投入空载线路的方法，以改变其谐振的条件。

（5）　传统采用消谐的措施是在电压互感器的开口三角侧接上一个灯泡，该方法属于较为原始的方法，随着系统容量的增大和电缆线路的增加，实践运行表明该方法的消谐效果不是很明显。

（6）　另一种方法是采用在电压互感器二次侧的开口三角上加装一种可控硅多功能消谐装置的方法，但该方法需要采用外加交流电源，有时由于装置的电子器件发生短路也会影响消谐效果。

（7）　目前使用的另外一种消谐装置是在电压互感器的一次侧中性点上串接LXQ型非线性电阻，以限制其产生谐振的方法，由于该方法具有安装简便、结构简单、消谐效果明显的特点，目前得到广泛的应用，具有较高的推广使用价值。

4　结束语

中性点不接地系统发生谐振的直接因素是系统过电压，其根本原因是电压互感器出现饱和，造成互感器的感抗改变，至于采用何种消谐方法，应该根据实际情况，结合系统的运行方式，分别采取措施，以达到预期的目的。

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在讨论电压互感器一次绕组中性点加装消谐器的问题之前，我们不妨先探讨一下电力系统的中性点运行方式。

在三相交流电力系统中，作为供电电源的发电机和变压器的中性点，有三种运行方式：

一种是电源中性点不接地；一种是电源中性点经消弧线圈接地；一种是电源中性点直接接地。

前两种合称为中性点非有效接地，或小电流接地系统，后一种中性点直接接地称为中性点有效接地，或大电流接地。

    1电源中性点不接地电力系统（3-63kV系统大多数采用电源中性点不接地运行方式）。

电源中性点不接地系统发生单相接地时，如C相单相接地，那么完好的A、B两相对地电压都由原来的相电压升高到线电压，即升高为原对地电压的倍,C相接地的电容电流为正常运行时每相对地电容电流的3倍。

当发生一相接地时，三相用电设备的正常工作未受到影响，因为线路的线电压无论相位和量值均未发生变化，因此三相用电设备仍然照常运行。

但电力部门只允许运行2小时，因为一旦另一相又发生接地故障时，就形成两相接地短路，产生很大的短路电流，可能损坏线路设备。

    2电源中性点经消弧线圈接地的电力系统。

在中性点不接地的电力系统中，有一种情况比较危险，即在一相接地时，如果接地电流较大，将出现断续电弧，这可使线路发生电压谐振现象，在线路上形成一个R-L-C的串联谐振电路，从而使线路上出现危险的过电压（可达相电压的2.5-3倍）,导致线路上绝缘薄弱地点的绝缘击穿。

为防止一相接地时接地点出现断续电弧，引起过电压，规程规定，在单相接氐缛莸缌鞔笥谝欢ㄖ档牡缌ο低持校?

-10kV电网中接地电容电流大于30A），电源中性点必须采用经消弧线圈接地的运行方式。

经消弧线圈接地系统，发生一相接地故障时暂时允许运行2小时，在一相接地时，其它两相对地电压要升高到线电压，即升高为原对地电压的倍。

    3电源中性点直接接地的电力系统，此系统一般适用于110kV及以上高压系统，在此暂不讨论。

    以上三种运行方式和电压互感器柜中加装一次消谐器又有什么关系呢？

可从以下几个方面理解：

    1电力系统为中性点经消弧线圈接地，此系统已考虑到消弧接地（如上述第二条所述），在系统的电压互感器中，Yo接线可不考虑加装一次消谐器。

    2我们一般指PT柜加装消谐器，是指安装在6-35kV电磁式电压互感器（简称压变）一次绕阻Yo结线中性点与地之间的非线性电阻器，起阻尼与限流的作用。

在6-35kV发电、变电站，我们经常碰到的是电网中性点不接地，其母线上的Yo接线的电磁式压变一次绕组，成为中性点不接地电网对地的唯一金属通道，电网相对地电容的充、放电途径必然通过压变一次绕组。

这种慢变过程使压变铁芯深度饱和，当电网接地消失时，压变一次绕组中会出现数安培幅值的涌流，将压变0.5A高压熔丝熔断。

即使这种涌流尚未达到熔断器的熔断值，但仍超过电压互感器额定电流，长时间处于过电流状态下运行的电压互感器会被烧毁，继而引发其他事故。

选用一次消谐器，这种现象就不会发生。

当单相接地电容电流小于一定的值时，不会在压变一次绕组中出线较大的涌流，对压变和高压熔丝无任何影响，从经济和产品成本的角度考虑，可以不装消谐器。

如果顾客提出要求，在电压互感器一次侧加装消谐器会给设备运行增加一层防护。

    3在工程设计中经常遇到用户要求在压变柜的互感器二次侧加装二次消谐器，此种作法为在电压互感器二次开口处接入阻尼电阻，过去是灯泡。

现在大部分为微机消谐装置，如KSX196H微机消谐器，其工作原理为：

对PT开口三角电压（即零序电压）进行循环检测。

正常工作情况下，该电压小于30V，装置内的大功率消谐元件（可控硅）处于阻断状态，对系统无任何影响。

当PT开口三角电压大于30V时，说明系统发生故障，装置开始对开口三角电压进行数据采集，通过数字测量、滤波、放大等数字信号处理技术，然后对数据进行分析、计算，判断出当前的故障状态。

如果出现某种频率的铁磁谐振，CPU立即启动消谐电路（使可控硅导通），让铁磁谐振在强大的阻尼下迅速消失。

利用微机消谐器可实现自动跟踪和自动调谐，并能追忆、报警、自动打印和信号传送，满足无人值班变电所的需求。

在这种情况下，压变一次側无需再配一次微机消谐装置。

另外，现在有些电压互感器（如JSZF-6、10型），互感器本身已带防铁磁谐振线圈，还有些电压互感器为电容式电压互感器，在设计中不需要加消谐器。

    4提到压变加装一次消谐器，不要误认为只要是PT柜就加装，因为在2PT柜中，电压互感器为V-V接线，主要用于计量、测量、绝缘监测，这里不存在中性点接地的问题（不可能有电网相对地电容的充、放电途径），不需要加装消谐器。

    5在有些工程设计中，用户根据现场电网的实际情况，在母线侧已接入一定大小的电容器，使线路的容性阻抗（Xc）与感性阻抗（XL）的比值小于0.01,可避免谐振,在此配电系统中,电压互感器中性点也无需加装消谐器。

    总之，在PT中性点加装消谐器，要根据电力网的具体情况和运行方式区分对待，不要盲目地增加，设计增加一次消谐器注意区分半绝缘电压互感器和全绝缘电压互感器所选用的一次消谐器型号不同。