电压互感器PT新的应用接法

PT近几年出现的一种特殊接法

chenly518 发表于: 2008-4-15 00:03 来源: 热电联盟博客

本人在近几年的调试过程中经常见到PT的辅助绕组接成闭口三角的，现将网上较好的一篇论文呈现给大家

关于配电网络中的铁磁谐振问题

北京供电局

董振亚

谐振过电压事故是最为频繁的，在各种电压的电网中都会产生，在不少电网中会严重的影响安全运行。谐振过电压的持续时间长，一般可达十几秒以上，甚至长期存在，但是运行经验表明：只要我们能够正确掌握这种过电压的规律，认真做好预防工作，这种事故也是完全可以避免的。

谐振按其性质不同可以分成下列三种现象：

(1)线性谐振

在线性的L—C串联回路中，如图l所示其回路电流I可用下式来表示：

当回路阻抗为零时，电流和压降趋不动声色穷大，此时在L和C上将出现非常高的过电压。

这个回路本身的因有的自振频率，此式还可以改写成下式：

只要电路的自振频率之一与电源的谐波频率之一相等，就将产生谐振。

(2)参数谐振

如电机与空载线路或串补装置相连，后者的电容与电机的变参数电感间构成特殊的振荡回路，并有可能造成电机的自励磁，工频电压很快上升，这就是参数谐振过电压。

(3)铁磁谐振

当变压器、电机、电压互感器，消弧线圈和并联电抗等在励磁电流很大时，将会发生铁芯饱和，如与电容

相连，则可能引起铁磁谐振现象。

在中性点不接地系统中，如果不考虑线路的有功损耗与相间电容；仅考虑PT的电感L与线路的对地电容CO当CO大到一定值时，PT不饱和时，XL＞Xc。，而当PT上加的电压大到一定数值时，PT的铁芯饱和

Xl＜Xc。，这样就构成了谐振的条件。

谐振时三相电压分别为：

上式表示当发生谐振时。即时,则(5)式分母为0,EO值可以无限大，但实际上由于回路的阻尼作用以及在电压升高过程中P、T铁芯将达到进一步饱和，从而限制了E。的升高。

(1)、

(2)、

(3)式中的谐振电压ε。(t)是一个正弦或余弦函数，在中性点不接地系统中它的频率主要有基波谐振、高频谐扳和分次谐波谐振等几种谐振形式。基波谐振时两相电压升高，一相电压降低；高频谐振时为三相电压

同时升高；而分频谐振时，也是两相电压同时升高。

通过实际试验证明：当发生谐振时，线电压波形与频率不会有明显的变化，但电源的相

电压与PT的电流耍超过额定值很多倍，如表3所示，这是造成P、T烧毁和保险器不正常熔断的根本原因。

铁磁谐振的出现往往是由于下列几种激发条件所造成的：

(1)电压互感器的突然投入；

(2)线路发生单相接地；

(3)系统运行方式的突然改变或电气设备的投、切；

(4)系统负荷发生较大的波动；

(5)电网频率的波动；

(6)负荷的不平衡变化等。

PT引起的铁磁谐振必须由工频电源供给能量才能维持下去，如能抑制或消耗这部分能量，那么就可以抑制

或消除谐振。

近年来，在全国电力系统中，由于电压互感器引起的铁磁谐振事故不断发生，以至保险熔断，甚至造成电压互感器烧毁，避雷器爆炸或系统停电事故，这种情况非常普遍，且后果确实十分严重。如四川省有一个35千伏系统发生铁磁谐振，当时相电压升高到48千伏造成避雷器爆炸。沈阳地区两个44千伏变电站内，六次铁磁谐振事故就烧毁电压互感器9台，吉林省有一地区某66千伏线路总长61公里，在瞬时单相接地故障消失后激发了谐振，使两台电压互感器烧坏。四川省还发生过某110干伏变电站因主变中性点临时未接地而引起互感器谐振，同时烧毁了四台互感器和其它设备。东北某154千伏线路总长140公里，共有3组互感器，当切除中性点临时按地的变压器时，形成了中性点不接地的系统，发生谐震后使两个电厂的两台互感器和一个变电所的一台互感器烧毁。江苏某220千伏的主变中中性点临时不接地，造成互感器谐振过电压，引起主变内部放电烧坏，被迫停止了运行。在我国6—10千伏配电网内，发生互感器引起的谐振过电压的情况就更为频繁了，真是不计其数，又如北京地区有的变电站(包括10KV系统高压用户)一到雷雨季节，10千伏电压互感器保险的熔断情况频繁发生，电压互感器亦发生过损坏事故，还有一次北京毛家坟变电站铁磁谐振事故引起低周减载装置误动，使整个变电站七路配电出线同时掉闸造成大面积停电。也有的地区由于长时间铁磁谐振过电压，造成三相电压同时升高，线路的避雷器发生了爆炸和绝缘弱点发生击

穿等严重事故。

为了解决这个问题，全国各地对此进行了大量的试验研究工作，曾对中性点非直接接地系统中分频谐振过

电压提出了以下几点技术措施：

(1)对35千伏及以上中性点经消弧线圈接地的高压电网；要合理布置消弧线圈，在运行操作中应避免出现

中性点绝缘系统。

(2)选用励磁特性好，在最高线电压下，铁芯磁涌不易饱和的电压互感器。

(3)采用分频继电器，当发生谐振时自动将电压互感器两次侧开口三角经电阻将它短接。

(4)对l0千伏及以下配电网，可在电压互感器二次侧开口三角处长期并接200一500瓦

的白炽灯泡或分频继电器。

(5)l0千伏及以下高压用户电压互感器高压侧中性点不接地。

可是通过大量的运行实践证明：采用上述这些技术措施，还不能完全防止铁磁谐振的发生，有的甚至还会造成电压互感器烧毁。因此，在华北电力试验研究所的帮助下，北京供电局也对此进行了几年的试验研究，并学习参考了其它单位的实践经验，本着因地制宜的原则，进一步采取了一些新的试验性的技术措施，已

初步收到了成效，现分述于下：

1、在110千伏平谷变电站10千伏母线，试点采用华北电力学院杨以涵教授提出的零序电压互感器的方案，解决了该地区电压互感器烧毁和熔断器不正常熔断的情况。这种方案是由4台电压互感器组成，其中三台为主P T，一次侧接成星形，其中性点通过一台零序PT接地，主PT二次辅助线圈接成闭口三角形，而不

接任何仪表，其接线如2图所示。

另序PT二次侧在额定正常电压下有1．6伏的不平衡电压，如一次侧发生单相接地，零序PT二次侧两端(a。’x。’)呈现出电压为57．7伏。电压互感器一次侧线圈在额定电压下正常工作时，其二次侧电压为100伏，这与一般PT相同，因此，对接地指示具有足够的灵敏度。由于采用了闭口三角措施，故能强有力地消除三次谐波的影响。接地继电器接在零序PT侧当电力网发生单相永久性金属接地时，另序电压U。＝57．7伏，这是和一般PT主要不同之处，但其相电压表的指示与现有PT的指示却是完全相同的。

北京和保定地区三年多来实际运行经验证明，这种另序P、T的保护方案对抑制铁磁和减少熔断器不正常熔断是卓有成效的。今后还可以进一步扩大试点，取得更多的运行经验

．

2、在变电站10—35千伏母线PT二次侧开口三角处接上一个鉴频器，并配上消谐管也能较好地抑制铁磁谐振。这种消谐装置是云南昆明灯泡厂试制的新产品，各地已有了运行经验，效果较好，现将其构造和工

作原理说明如下：

消谐管是一个具有特异非线性电阻特性的电真空器件，它有较高的冶热电阻比率和一定的阻值变化速度。在35千伏及以下中性点不接地电力网中作为消除电磁式电压互感器饱和和引起的铁磁谐振过电压和过电流，它接在电压互感器二次侧开口三角两端，能可靠地抑制和消除因电网扰动而可能产生的分频，基频和高频铁磁谐振，防止系统虚幻接地和避免电压互感器过热、冒油、烧毁、爆炸以及区域性停电等故障。在系统正常运行时，本装置不会影响开口三角上所接各种仪表的工作。这种消谐装置具有结构简单，使用方便，集中阻尼，适用范围广，并能可靠地消谐等特点。其主要参数见表4。

“4”“6”之间用鉴频继电器在常开接点相联，当系统正常运行时，开口三角端位移电压不大于3伏，此时消谐管基本上处于冷状态，其电阻值为r10和r20并联，即：

它是一个低于1欧的电阻，当操作开关合空母线，空线路或消弧线圈突然从系统中断开，Ro将对可能发生的铁磁谐振起抑制作用b即使发生谐振，Ro的低阻值就足以消谐，而当单相接地时开口三角上有了100伏左右的工频电压。r1和r2，的辐射热和流径开关K的电流产生的电阻热使K断开，r2冷却。rl进入热态rl∞，消谐管总阻值增大(R∞＝rl∞)增大的数值可以在设计时考虑使rl有足够的阻值，使P、T不致过载。当单相接地消除时（包括断续弧光接地等情况），rl∞对基频、高频谐振均具有足够的抑制功能，如发生1／2工频谐振，则鉴频继电器动作，而使“4”“6”短接，投入消谐丝r2，此时总电阻R为：

因r2≈r20，则R≈r20即开口三角上又投入了一个可以消谐的低电阻，而使谐振的低电阻消除了。开口三角上电压回到正常位移电压，消谐管冷却，鉴频继电器接点断开。如为反复弧光接低时消谐管亦将重复上述过程，从而避免了谐振的发展，保证了系统安全运行。

r1、r2是两个由钨丝绕制而成的正温度特性的热敏电阻，它可以保证P、T不致过载比采用线性电阻可靠。K是一个用双金属片制成的热敏元件，它具有反时限性，（电压高、启动快，电压低，启动慢)，抗干扰能力强(电网电压瞬时波动时不会启动)以及有负的温度补偿能力等特点(环境温度高，PT热，动作快，环境温

度低，PT冷，动作慢)消谐管电流曲线如图5所示：

消谐管使用注意事项如下：

（1）接线必须保证正确，以免烧消谐管或其它设备。

（2）管脚“ 4”“ 6”不能长期短接，否则会使管子烧坏。

（3）消谐管运行状态为偶发性，间歇性瞬时工作制，若连续燃点（如电网单相稳定接地时），管子的累计寿命为1000小时，对铁磁谐振频繁的地区，要经常进行检查，从保证可靠地进行消谐。

（4）为了保证消谐性能，应尽可能减少接触电阻，接到PT开口三角回、路去的引线越短越好。

（5）若系统中出现非全相运行而激发起谐振过电压时，应立即检查管2是否烧坏，如已损坏，应予更换。

（6）如玻璃管壳上出现黑化，则说明消谐管的参数已变坏了，应即更换各用消谐管。

关于紧频继电器能检出工频电压信号，当大于65伏的工频电压讯号出现时，继电器接点吸合，使消谐管“4”“ 6”两级接通，待谐振消除后，分频讯号即消失，继电器无压释放，通常这种过程小于1秒

（消谐过程小于0．1秒）。具体特性如下：

考虑到鉴频继电器在运输过程中受震；可能使它动作电压值起变化，在安装投入使用前应进行必要的校验检查和调试，以保证它能可靠的动作当开口三角两端出现不大于115伏的工频电压时，本装置可在不吸合

状态下，允许连续工作8小时以上

。

3、将变电站10—35千伏母线电压互感器一次侧中性点由直接接地改为经10—20千欧陶瓷电阻接地，同

时对同一系统中工矿企业高压用户内部PFT，一次侧中性点尽量改为不

接地运行。如其中性点必须直接接地运行，则亦应在PT一次中性点上串以10—20千欧的电阻后再行接地。有的变电站只在母线PT一次侧中性点串电阻还不能有效地抑制铁磁谐振则还可在PT二次侧开口三角两端并接消谐管或电阻，有条件时同一系统中高压用户内部亦应采取类似综合性措施，才能奏效，因此必须经受实际运行的考验，有时一种消谐措施当时有效，过一段时间系统参数变了，又出现谐振了，必须补加新的消谐措施；在同一系统中，由于多台PT并联，励磁特性各异，情况此较复杂，因此往往需要采取几种综

合性的技术措施才能解决问题。

通过试验，得出了R△与RO的容量计算公式如下，可以在实际工作中应用。

当在电压互感器二次侧开口三角两端接一电阻Ro,对于零序回路来说，此电阻相当于并接在绕组初级的励磁电感侧，如图6所示，其中Kl2为高压侧和开口三角绕组的每相绕组的变化。显然R愈小愈有效，如R = 0，即将开口三角绕组短接，则零序励磁电抗被其漏抗所并接，就破坏了谐振条件。

试验表明：消除1/2工频谐振所需的电阻值最小，消除基波谐振所需的电阻需要高一些，消除高频谐振所需的电阻最高，因此，如按分频谐振来选择电阻值，就可以满足消除各种谐振的要求了。

不管采取什么消谐措施，既增加了设备，又给运行维修工作带来许多麻烦。因此笔者认为：要彻底解决铁磁谐振问题，最根本的问题是要从改善电压互感器的励磁特性入手，过去制造厂片面追求缩小电压互感的铁心截面的做法给使用部门带来了无穷的后患，通过对国产的电压互感器的空载励磁特性和日本产的同一电压等级的电压互感器的空载励磁特性作了对比，其伏安特性如图7所示。

为此笔者曾亲自走访了一机部电工局，向他们反映了全国电力系统普遍发生铁磁谐振的情况以及由此造成严重事故损失的后果，并呼吁全国制造部门引起应有的重视，迅速改变全国电压互感器统一设计，尽快恢复生产励磁特性优良的电压互感器，为保证电力系统的安全运行创造有利条件，当时他们表示接受这个意

见