6kV中性点不接地系统中PT高压保险熔断的

铁磁谐振及消除实例中国石油宁夏石化分公司 李小平 张世晖关键词：过电压 PT 铁磁谐振 单相接地1.前言在电力及工业用电系统中，为了监视系统中各相对地的绝缘情况以及计量和保护的需要，在每个变电站的母线上均装有电磁式电压互感器（PT）。PT的一次线圈并联在高压电路中，其作用是将一次高压变换成额定100V的低电压，用作测量和保护等的二次回路电源，其一、二次侧均装有熔断器对PT本身进行保护。PT高压熔断器熔断的原因有：1) 电力系统发生单相间歇性电弧放电、树竹接地等使系统产生铁磁谐振过电压。2) PT本身内部出现单相接地或匝间、层间、相间短路故障。3) PT二次侧发生短路，而二次侧熔断器未熔断，造成高压熔断器熔断。结合我公司6kV系统实际运行情况和PT高压熔断器熔断的故障原因分析，其中，电力系统发生单相接地使系统产生铁磁谐振是主要原因。2. 6kV电压互感器单相接地与铁磁谐振的区别1) 电压互感器单相接地2) 在6kV中性点不接地系统中，当系统发生单相接地故障时，系统仍可在故障状态下运行一段时间（2h），有供电连续性高的优点。但此时非故障相会产生较高的过电压，影响系统设备的绝缘性能和使用寿命，从而导致更频繁的故障。电压互感器单相接主要有两种情况：（1） 当中性点不接地系统中发生金属性永久性单相接地时（如A相接地），此时UAN=0，非故障相UBN和UCN电压升高（由正常的58V升高到线电压100V），PT开口三角两端出现约100V电压（正常时只有3V），这个电压将启动绝缘监察继电器发出接地信号并报警。（2） 当中性点不接地系统中发生非金属性短路接地时（如A相弧光接地），此时UAN比正常电压低，非故障相UBN和UCN电压为58V100V，PT开口三角两端出现约70V电压（正常时只有3V），这个电压也能启动绝缘监察继电器发出接地信号并报警。2）电压互感器谐振在系统谐振时，PT产生过电压使电流激增，此时除会造成PT一次侧熔断器熔断外，还会导致PT烧毁。个别情况下，还会引起避雷器、变压器、断路器的套管发生闪络或爆炸。在下列条件下，中性点不接地系统中发生单相接地时可能引发铁磁谐振：（1） 当中性点不接地系统中发生单相接地时，故障点流过电容电流（我公司6kV系统电容电流约50A），非接地相电压升高，这将严重影响线路和电气设备的安全运行。如果此时接地点消除，非接地相在故障期间已充的电荷只能通过PT高压线圈经其自身的接地点接入大地。在这一瞬间电压突变过程中，PT非接地两相的励磁电流会突然增大，甚至饱和，由此构成相间串联谐振。由于接地电弧熄灭时间不同，故障点切除也不一样，因此，不一定每次出现单相接地时PT高压线圈中都会产生很大的励磁电流，故PT高压熔断器也不会每次都会熔断。（2） 由于小型变压器的绝缘老化，以致线圈绝缘击穿引起匝间、层间短路。虽然中性点不接地，单相接地电流不大，但较之变压器的一次负荷电流要大的多。当配电变压器内部发生单相接地故障时，故障电流通过抗电能力强的绝缘油对地放电，也会产生不稳定的电弧激发电网谐振。（3） 当系统发生铁磁谐振时，PT也会产生过电压使电流激增，导致PT高压熔断器熔断，甚至PT本身烧毁。（4） 误操作引发谐振。如随意带负荷拉开线路隔离刀闸或带负荷拉开配电变压器的高压跌落开关，造成刀闸间弧光短路而引发谐振。棕上所述，单相接地与谐振现象有着根本区别。正常情况下，当系统发生单相接地时，仍可在故障状态下继续运行一端时间。但单相接地引发铁磁谐振时，产生的过电压对设备的影响很大，会造成PT高压熔断器熔断，PT烧毁等重大事故，切不可将PT谐振误判断为单相接地而延误了时间。3. PT高压熔断器熔断的原因分析PT高压熔断器的熔断，都是在接地消失时发生的，分析系统三相对地电容电流在接地过程中的充放电过程，就可看出其中原因。由于6kV系统中性点不接地，YO接线的电磁式PT的高压绕组就成为系统三相对地的唯一金属通道。1) 系统单相接地时（如A相），A相直接与地接通，另两相（B、C相）也有良好的金属通道（如主变绕组）。此时三相对地电容电流的充放电通道不会走PT高压绕组，因此PT高压绕组中不会产生大电流。同时由于A相已成为固定的地电位，也不会产生铁磁谐振。2) 当系统单相接地消失时，固定的地电位（A相）已消失，三相对地的金属通道就只能走PT的高压绕组，既此时三相对地电容中存储的电荷对PT高压绕组电感L/3放电，相当于一个直流源作用在带有铁芯的电感线圈上，铁芯会深度饱和。对于接地相（A相），更是相当于一个空载的变压器突然合闸，叠加出更大的暂态涌流（可达3A），从而将PT高压熔断器（额定0.5A）熔断。因此，系统单相接地时，如果PT高压绕组中性点的消谐电阻器还未起作用时，接地点突然消失，就容易产生铁磁谐振熔断PT高压熔断器。所以在设计和操作过程中必须引起重视。4. 防止PT高压熔断器熔断的措施除PT本身内部出现单相接地或匝间、层间、相间短路故障和PT二次侧发生短路，而二次侧熔断器未熔断，造成高压熔断器熔断这两个原因外，造成PT高压熔断器熔断的主要原因就是系统单相接地引起铁磁谐振。通常防止铁磁谐振的措施主要有：1) 在PT开口三角回路中装设消谐灯泡（220V/200W）或消谐器。原因是发生谐振时的电压是相电压的3倍，则在开口三角处会产生100-200V的电压，加装消谐灯泡可增加谐振阻尼。但这一措施不能根治谐振的产生源，实际运行中难以发挥作用。2) 减少同一系统中PT接地数量。即使同一6kV母线上的两组PT一组中性点接地，而另一组中性点不接地。3) 在PT高压绕组中性点安装消谐电阻器（接地变压器和消弧线圈）。铁磁谐振过电压产生的根本原因是电流中性点对地绝缘，而PT一次绕组中性点直接接地。因此，如将PT高压绕组中性点经由消谐电阻器（接地变压器和消弧线圈）接地方式，则该系统零序回路的电感参数将主要由消谐电阻器（接地变压器和消弧线圈）的零序阻抗决定。而零序阻抗远小于PT的励磁阻抗，相对地稳住了系统中性点电位，即使PT励磁阻抗发生突变，也不会出现铁磁