[理学]电磁式电压互感器引起的异常现象及其处理方法

[理学]电磁式电压互感器引起的异常现象及其处理方法 电磁式电压互感器引起的异常现象及其处理方法 接线错误引起的异常现象 (一)中性点不接地系统 在35kV及以下中性点不接地系统中，国内目前都是利用电磁式电压互感器开口三角构成的绝缘监察装置来监视系统的绝缘状况的，其接线及相量图如图2,1所示。 图2,1中性点不接地系统母线的电压测量及绝缘监察接线及相量图 (a)接线图;(b)正常情况下的相量图 其工作原理是:当高压电网的绝缘正常时，由于电网三相电压对称，辅助二次绕组开口三角两端电压为零，即认Ua’x’=U’a+U’b+U’c=0，绝缘监察装置不动作;当高压电网发生单相接地故障时，在辅助二次绕组开口三角两端将产生零序电压，此时，认 Ua’x’=U’a+U’b+U’c=3U’0?0(U’0 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示辅助二次绕组每相零序电压)。若A相完全接地，其相量图如图2,2所示，由相量图可求出队。Ua’x’=3U’a，即开口三角绕组两端的零序电压是辅助二次绕组在正常情况下相电压的3倍。 图2-2 A相接分时的相量图 (a)一次电压相量;(b)开口三角电压相量 通常，绝缘监察装置的电压整定值为15,30V。若开口三角绕组两端的零序电压3U’a0。大于该整定值，则使绝缘监察装置发出接地信号。 由于上述绝缘监察装置是根据中性点不接地系统中发生单相接地时在开口三角绕组两端出现零序电压的原理工作的，而实际电网中除单相接地外，还有多种原因如铁磁谐振、耦合传递等都会使开口三角绕组两端出现零序电压，并可能导致绝缘监察装置动作。由于此时系统并没有真正接地，而装置却发出了接地信号，所以称之为“虚幻接地”。本部分仅对由电磁式电压互感器接线错误引起的“虚幻接地”及其他异常现象进行分析，并指出处理方法。 接线错误引起的异常现象在现场时有发生。例如吉林、辽宁、安徽、湖南等地都曾出现过，它给运行人员迅速分析、判断故障带来一定的困难，所以研究这类异常现象具有实际意义。 常见的异常现象如下; (1)绝缘监视用电压表中性点没有直接接地，而是经开口三角绕组接地，如图2,3(a)所示。 (a) (b) 图2,3错误接线之一 (a)接线图;(b)相量图 正常运行时，电压互感器二次侧三相电压对称，开口三角绕组两端电压为零。由于电压表作星形连接，虽然中性点经开口三角绕组接地，但是每块电压表测得的仍然是实际的相电压。 然而，若系统发生单相接地如 A相接地，显然， A相对地电压为零。由图2,3(a)可知，a相电压表V。测得的电压即为开口三角绕组两端的电压，由于系统一次侧接地时开口三角绕组两端的电压为100V，所以，电压表V。的指示值即为100V所对应的电压值， 此值较正常时为高，实属异常。对于b、C两相电压可由国2,3(b)所示的错误接线下的相量图求出。 在相量图(按到边实际电压计算)中 Ub=Uc=100V Ua’x’=100V 则U″b=U″c=2×100×COS75?=52(V) 即U″b=U″c<100?3=57.74(V) 由此可见，这种接法在系统发生单相接地时，绝缘监视电压表的读数与正常运行时相比则是一相升高(实际的接地相)、两相降低(非接地相)，并可能发出接地信号。这样就给运行人员判断、分析故障带来了困难。 避免的方法是:接线后由专人进行认真检查，确认无误后方可投入运行。 (2)绝缘监视电压表中性点没有直接接地，而是经过开口三角绕组的某一相绕组接地，如图2,4所示。 这种接法的后果是在系统正常运行情况下，绝缘监视电压表的读数不是正常值，因而造成“虚幻接地”现象，分析如下: 电压表的中性点经开口三角绕组中的C’Z’绕组接地，各电压表的数值可由图 2,4所示相量图求得: a相电压表Va的读数|U’’a/|=|Ua-U’c|>Ua(正常值) b相电压表Vb的读数|U’’b/|=|Ub-U’c|>Ua(正常值) C相电压表Vc的读数|Uc-U’c/|=|Uc|-|U’c|>Ua(正常值) 图2,4错误码接线之二 (a)接线图;(b)相量图 所以，对正常情况而言，此时a、b两相电压升高，c相电压降低(容易被认为是。相接地)。下面再用数值来进行计算分析。着电网为6kV系统，则正常情况下 Ua=6000,?3=3464(V) Uc=6000,?3=2000(V) 此时 U"b= U"a 22=?3464+2000+2×3464，2000×COS60?=4788.2(V) C相电压U″c=3464_2000,1464V 与现场的实测结果 4800V和 1500V基本相符。 避免的方法是:接线后由专人进行检查。确认无误后方可投入运行。 (3)辅助二次绕组极性接错。如图2,1所示，在中性点不接地系统中。绝缘监察装置的正确接线是开口三角绕组每相首尾依次相接串联成开口三角，正常情况下相量图是个闭合的三角形，即开口三角绕组两端电压为零。若一相接反，如图2,,5(a)所示，则在系统正常的情况下，辅助二次绕组的相量如图2,5(b)所示。可见，此时开口三角绕组两端电压的Ua’c’=2U0(认为辅助二次绕组在系统正常时每相绕组的相电压)。因此也会导致绝缘监察装置动作而发出援地信号，出现“虚幻接地”现象。 避免的方法是:辅助二次统组串接好后，测量开口三角绕组两端电压，系统正常情况下其电压为零则正确，反之接线错误。 (4)误接二次线。在某35kV变电所的10kV电压互感器柜(GG一1A一54)中，电压互感器中性点是通过去穿保险器 FN接地的，且b相的接地点 M与击穿保险器N连接(用虚线表示)，如图2-6(a)所示。这种接线在投产运行时正常，但在运行中遇到雷电波的冲击后，却发生了烧毁事故。事故后误认为是电压互感器的质量问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，于是就更换损坏的电压互感器和击穿保险器，并投入运行。投运后无异常现象，但在线路遇到雷电袭击时，又发生了类似事故。 图2-6电压互感器的二次侧接线 (a)错误;(b)正确 图2-5 一相接反的接线图和相量图 (a)接线图;(b)相量图 分析表明，产生上述异常现象的原因是由于厂家误将击穿保险器的接地端与电压了感器二次侧 b相接地点直接连接，而且，b相接地点 M置于绕组与熔断器民之间。对于这个接线，当击穿保险器击穿时，就形成了二次测b相统组直接短路，从而导致电压互感器烧损。 避免的方法是。将二次侧b相接地点M移至b相熔断器民外侧，如图2-6(b)所示。且应定期检查击穿保险器，使其保持完好。 中性点直接接地系统 在中性点直接接地系统中，保护和测量用的电压互感器大多是单相串级电磁式的，其工作原理与一般单相变压器相似;但是，正常运行时，电压互感器的二次负载仅是仪表和继电器的电压线圈，其阻抗很大且不变化，通过的二次电流很小，接近于空载状态。串级式电压互感器的电压比为(U/?3)|(0.1/?3)|0.1Kv,U为系统额定线电压。 NN 现场常用的接线方式如图2,7(图2,8和图2,9所示。但是，由于在检修和试验时，均需将二次端子从本体拆下，待工作结束后恢复。在拆接二次端子的过程中，如果工作人员没有做好标记或稍有疏忽，就可能将二次端子接错，或使接线板上邻近的两接线鼻碰到一起，无论哪种情况，都会使电压互感器二次电压或开口三角电压发生变化，轻者影响保护装置动作和仪表指示，重者烧坏二次引线、端子排或电压互感器，给电压互感器运行带来很大威胁。 图2-8 电压互感器辅助绕组反接 图2-7 电压互感器辅助绕组顺接 (a)原理接线图; (b)端子箱二次端子(a)原理接线图 (b)端子箱二次端子排实 排实际接线 际接线 图2-9 电压互感器A相二次接线板图 电压互感器接错线及引起的异常现象如下; (1)二次主、辅绕组首端接错。着电压互感器按图2,7(a)接线，且图2,7(b)端子箱二次端子排实际接线不变，但在恢复图2,9所示的二次接线板线头时，将a与a’互换接错，则 A相二次主绕组在端子排处短路，100/?3V的电压加在电压互感器二次主绕组和连接线上，绕组短路阻抗经测试约为0(6Ω，电压互感器到端子排连接线和各接头电阻约为0(170，回路总阻抗Z约为0(77Ω，口路内流过的短路电流I=57.7/0.77?75(A)。因电压互感器二次主绕组导线为3(2mm的漆包线，大于连接电缆截面，且浸在油中，散热条件好，不易被烧坏，所以首先烧坏的是接头部位或连接线。 若电压互感器按国2,8(a)接线，且图2,8(b)端子箱二次端子排实际接线不变，但在恢复图2,9所示的二次接线板线头时，将a与a’互换接惜，则A相二次主绕组电压由原来的100 V升高为100V，各相间电压变化如国2,10所示，Uab、Uca变成了外Ua’b、Uca’，电压由原来的100V升高为138(2V，故一次相应的线电压表指示为152V。 二次辅助绕组在正常情况下因各相电压相等，开口三角处无电压或有很小的不平衡电压。 a、 a’换接后， Ua’变成了 Ua，电压由100V降为 57( 7V，在开口三角产生 42.3V电压。 例如，某局按图2,7接线的JCC�110型电压互感器的端子箱和A相二次接线盒冒烟， 检查原因是二次主、辅绕组首端互换接错，使二次绕组短路，导致A相电缆和端子排烧坏。 (2)二次主绕组首、尾两端于互换接措。电压互感器不论是按图2,7或图2,8接线，在恢复图2,9所示二次接线板线头时，若将a与工互换接错，则二次主绕组电压相量图如国2,11所示。线电压Uab、Uca由原来的100V降为,100?3V，一次相应的线电压表指示由110kV降为63(5kV，所有取A相电压的保护装置将受到影响。 (3)二次辅助绕组首、尾端子互相接错。辅助绕组首、尾两端子互换接错后，其电压相量图如图 2,12所示。这时开口三角绕组的电压为 2倍单相电压，即 200V，对零序保护用的功率方向有影响，可能造成误动或拒动。 2,11二次主绕组电压相量图 图2,10二次主绕组电压相量图 2,12辅助绕组电压相量图 (4)二次主绕组首端与辅助绕组尾端互换接错。着电压互感器按图2,7接线，二次主绕组的线电压由原来的 100V降低为 86(6V，一次相应的线电压指示由原来的 110kV变为95(3V，所有取自A相电压的保护装置将受到影响，可能造成带方向的保护误动或拖动。二次辅助绕,atw量也发生变化，这时开口三角绕组的电压为57，100,157.7V，它对零序保护用的方向元件造成影响。 若电压互感器按图2,8接线，二次主绕组首端与辅助统组尾端互换接错后，二次主绕组被短路，其结果与(1)相同。 (5)二次主、辅绕组首、尾两端均互换。二次主绕组的线电压Uab、Uca由100V升高为138( 2V，一次相应的线电压表指示由原来的 110kV变为 152kV，二次主口路中与 A相有关联的电压元件承受高于正常值的电压。同时辅助绕组开口三角出现42.3V的电压。例如某大修后送电的110kV母线电压互感器，就曾出现电压表指示到头，超过线电压数值的现象。经检查，发现是上述原因造成的。 (6)一次测无熔断器保护，二次侧电缆接错。某发电厂110kV系统，中性点直接接地，母线电压互感器的接线如图2,,13所示。 当母联断路器QF由电网给母线送电时，发现母线电压表V指示不正常，接的是ac线电压，但指示值却仅为相电压，即110,?3kV。当进行检查时，就发现电压工感器c相已经冒烟、喷油。随即拉开QF，但电压互感器的C相及二次测电缆已经烧坏。究其原因是电压互感器C相二次出线的两根电缆芯接错了，如图2,13(C)所示。它是由于查线后标记弄错造成的。显然，按图2,13(C)接线，当C相电缆与中性点引出电线发生短路时，如图2,13(a)的d点所示，电压互感器c相绕组就被短路，由于其一次测天高压熔断器保护，而短路点 d又在自动空气开关QA的前面，故属于无保护区，在短路电流的长时间作用下，使电压互感器和二次电缆过热烧毁。电压互感器二次电缆的正确接线如图2,13(b)所示。 (a) (b) (c) 图2,13电压互感器接线图 (a)短路示意回;(b)二次电缆正确接线;(c)二次电缆错误接线 避免上述异常现象的方法是: 1)工作人员要加强责任心。在电压互感器安装和检修工作中，拆接线端子时，要做好标记，恢复时应对号连接。 2)新装或检修试验后，电压工感器投运前一定要详细地检查二次接线，测量各相直流电阻，确认接线正确后再投入运行。 3)值班人员在对电压互感器充电时，要注意监视电压表的指示，发现异常迅速采取措施。 4)制造厂在生产过程中，要保证接线板背面线端门有足够的距离，防止形成短路。 电磁式电压互感器励磁特性不同引起的异常现象 当采用三台单相电压互感器构成绝缘监察装置时，通常都选用三台同一厂家、励磁特性很同的单相电压互感器。但是，若选用不当，会出现下述异常现象。 1(输出电压不平衡 例如，东北某钢厂曾用三台JDZJ�6单相三绕组电压互感器组成三相组作测量和保护用。当合闸时发现三相输出电压不一致，相差约20,。但是，当用一台单相电压互感器分别接到A、B、C三相的电源上，所测量的电压却非常一致。可以认为是产品本身的问题。现场验证性试验表明，这个看法是正确的。 2(虚幻接地现象 某单位曾用三个厂家生产分励磁特性不同的电压互感器构成绝缘监察装置，然而投入运行后出现“虚幻接地”现象。 上述异常现象产生的原因是三台电压互感器的激磁阻抗不相等，相当于三相不对称负载，这样会使中性点产生位移，零序电压叠加在正序的电源电压上，造成各相负载电压不平衡;零序电压也会在辅助二次绕组中出现。当激磁阻抗差别不太大时，只能导致输出电压不平衡;当激磁阻抗差别较大，并使开口三角绕组两端的零序电压大于绝缘监察装置电压整定值时，就会使电压继电器动作，发出援地信号，从而造成“虚幻接地”现象。 避免的方法是: (1)制造厂首先从材料检验着手，使配套使用的电压互感器所采用的电工硅钢片的性能保持一致;其次在 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 上，使铁芯的加工方法保持一致，以确保配套使用的电压互感器励磁特性一致。 (2)运行单位应选用励磁特性相同的电压互感器。一般说来，同一厂家、同一时期生产的电压互感器，其励磁特性基本是相同的。 电磁式电压互感器铁芯饱和引起的铁磁谐振现象 运行经验证明，在我国中性点绝缘、中性点经消弧线圈接地(但消弧线图有临时脱离运行的可能)以及中性点直接接地(但接地有临时断开的可能)的3,220kV电网中，都曾发生过由于电磁式电压互感器铁芯饱和引起的铁磁谐振过电压。例如，江苏某220kV变电所因中性点临时不接地曾引起互感器的谐振过电压;东北电网某154kV经消弧线圈接地系统，曾因消弧线圈;临时脱离运行引起互感器的谐振过电压;吉林省某电厂35kV中性绝缘系统，曾多次激发起互感器的谐振过电压;山东省某电厂的6kV中性点不接地的厂用系统，也曾发生过电磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压。其中以在中性点绝缘的配电网中出现的较为频繁，是造成事故最多的一种内部过电压，因为其他接地系统只有当它们变成中性点绝缘系统时才有可能发生这种过电压。 当这种过电压发生时，由于互感器的铁芯饱和，导致其绕组的励磁电流大大增加，严重时可达其额定励磁电流的百倍以上，从而引起互感器的熔断器熔断、喷油、绕组烧毁甚至爆炸;在有些情况下，这种过电压可能很高(最大达相电压的3(0倍左右)，引起绝缘闪络或避雷器爆炸。另外，当这种过电压发生时，还会出现虚幻接地现象，其实电网中共天接地的处所，这给运行值班人员造成错觉。总之，当发生这种过电压时，将会给电网的安全运行带来很大的威胁，因此引起电力系统的普遍重视。 (一)过电压产生的基本物理概念 电磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压，从本质上讲，是由于电磁式电压互感器的非线性电感与系统的对地电容构成的铁磁谐振所引起的。试验研究表明，当谐振发生时，中性点出现显著的位移。此时相电压将发生变动，而线电压却保持不变。因此，可以判定它具有零序分量的性质。 中性点绝缘系统、中性点经消弧线圈接地系统(但消弧线圈临时脱离运行)以及中性点直接接地系统(但接地临时断开)的电网实际接线如图2,14所示。 考虑到系统导线的阻抗较电压互感器的激磁阻抗小得多，可略之。而系统的线问电容及负载与此现象关系不大，其影响也不计。这样，图2,14所示电网接线图可用图2,15所示的等值电路来表示。 (a) (b) 图2,14产生中性点位移现象的电网接线图 l一电源;2一导线或母线对地电容;3一电磁式电压互感器 由图2,15可见，对每一相而言，都有一个由每一相对地电容C和每一相励磁电感构成的并联0 支路，并联支路的性质，由其伏安特性来确定。电容、电感及其并联后的伏安特性示于图2,16中。 图2,15电磁式电压互感器引起铁磁谐振过电压的等值电路 由图可见: 在?段，I>I,即并联支路是容必性，必时1/ωL0<ωC; CL0 在?段 ，IωC; CL0 正常运行时，互感器铁芯不饱和，所以并联支路处于容性状态。若令L=L=L=L,，则并联后1230的各相导纳Y、Y、Y、相等，即 ABC Y= Y= Y=jωC+1/ jωl ABC00 因而不会出现中性点不稳定现象，也即中性点电位与地电位是重合的。 当电网中发生某种冲击扰动时，铁芯电感因受到“激发”而呈现不同程度的饱和，从而破坏了三相电路的对称性，即YA?YB?YC。因此，中性点位移必然出现，而且位移电压可以是工频频率的，也可以是谐波频率的，形成所谓工频、分频或高频铁磁谐振过电压。 图2-16 电感，电容及其合成伏安特性 1(工频位移过电压 设中性点位移电压力U。;则U=U十E，U=U+E+,U=U+E根据基尔霍夫电流定律，应有 A0AB0BC0C I+I+I=0 ABC 即(U+)Y+(U+E)Y+(U+E)Y=0 0A0BB0CC 由此可求得取中性点位移电压的一般数学表达式 U0=(EAYA+EBYB+ECYC)/(YA+YB+YC) 显然，当正常运行时U=0，电源中性点O具有地电位。若系统受到扰动，Y?Y?Y，则0ABCU?0，电源中性点O将有电位偏移，该电位偏移与各相电感的饱和程度密切相关。根据三相0 饱和程度的不同，可归纳为如下几种情况: (1)三相虽有不同程度的饱和，但各相仍为容性导纳。若分别用CA、CB、CC表示并联支路的等值电容，则Y=jωC，Y=jωC，Y=jωC一般C?C?C,饱和程度越高，等效电容值愈小。AABBCCABC 这样，式(2,1)可改写为 由相量分析可知，只要三相导纳性质相同，中性点O’即在电压三角之内，如图2,17(a)所示。否则，电流平衡条件 I，I ，I,0将无法满足。因此，在这种情况下，会出现一相或ABC 两相电压升高的现象，但电压升高不会超过线电压。 (a) (c) (b) 图2,17中性点出现位移电压时三相电压电流相量图 (a)中性点位移在三角形ABC之内;(b)、(c)中性点位移在三角形ABC之外 (2)一相因严重饱和而导纳呈感性，其余两相仍为容性。若A相饱和等值电感为二，其余两相等值电容为CB=Cc=C，根据式(2,1)有 故U与EA同相，且U?2/1E这时中性点O`必然偏移至电压三角形之外，才能满足I，I，OOAABI=0的电流平衡条件，于是造成一相(饱和相)电压升高的现象，如图 2,17(b)所示。 c (3)两相因严重饱和而导纳呈感性，一相仍为容性。若A相为未饱和相，其等值电容为C，其余两饱和相的等值电感LB=LC=L。如图2-18所示。根据式(2-1)则有 故U与E反相，且U0>E,与第二种情况相似，中性点O`一定偏移至电压三角形之外， 如图 0AA 2,17(C)所示，造成了两相电压同时升高。 (4)三相均因严重保护和而呈感性。由分析可知，这时与三相呈容性的情况类似，即中性点O‘不会移至电压三角形之外，这样三相电压将不会同时升高，即至少有一相电压是降低的，那么，该相电感就无法达到使导纳呈现感性的饱和程度。因此，对于图2,15所示的电路，实际上不可能出现三相同时饱和的情况。 图2-18 两相饱和时的等值电路 对于以上几种情况，还可以利用等效电源定理，将三相电路化为单相电路进行分析。例如，对图2-18所示的电路，可以以A相等值电容C作为单相电路的负荷，将其余部分化等值电压源，得到图2-19所未的单相等电路和。对以上第一种情况，相当于电容分压电路。对第二\三两种情况，相当于L、C串联回路，当ωC=1/[ω(L/2)](或2ωC=1/ωL)时，回路似乎可以发生谐振，使相电压及中性点位移电压趋于无穷，这一点 图2-19 分析中性点偏移的单相等值电路 由式(2,5)或式(2,4)可以看出，但这种情况是不可能发生的，因为按对基波铁磁谐振的分析，电路处于铁磁谐振状态时，电容支路的端电压较电感支路为高，而这将使等效电容支路中激磁电感因严重炮和而下降，遂使容性导纳支路也变为感性，成为以上分析的第四种情况。 根据以上对第二、三两种情况的分析，中性点位移电压的出现，都是使饱和相电压升高，即围2,19中等效电感支路电压高于等效电容支路。这表明过电压仅是由于串联回路的“电感一电容”效应造成，实际上回路并未发生铁磁谐振。 实测及运行经验表明，电网中电压互感器饱和过电压多数属于第三种情况，即两相(饱和相)电压升高，一相(未饱和相)电压降低。 在电网中也曾测得三相工频电压同时升高超过线电压的极个别情况，根据分析，过电压的产生可能是由于中性点存在对地电容引起的。图2,20(a)示出考虑中性点对地电容时的三相电路，乙;为中性点对地电容，图2,20(b)为单相等值串联电路，其中L为L`、L`、L`的ABC并联值，U为图2,20(a)中OO’支路的开路电压，可以由式(2,,2)算得。由于饱和程0 度的不同，三相导纳为三个不等的感性导纳，即L`A?L`B? L`C。，所以U?0. C’的存在000造成很高的中性点位移电压C’，从而使三相工频电压同时上升且超过线电压。 00 由以上分析可见，无论哪一种情况，中性点位移电压都属于工频(电源频率)零序电压，其结果导致电网中出现“虚幻接地”现象。运行经验表明，当电源向只带电压互感器的空母线合闸时，最容易产生工频位移过电压。 (b) (a) 图2-20 考虑中性点对地电容时的三相电路图 (a)三相电路;(b)单相等值串联电路 应当指出，虽然工频位移过电压有些特点与单相接地相似，但它们之间仍有明显地区别:当单相金属接地时，接地相电压为零，健全相电压升高至线电压，而不会超过线电压;若为非完全的金属性接地，接地相电压虽不为零，但中性点仍在线电压三角形之内，且非接地相电压低于线电压。 电磁式电压互感器引起的工频位移过电压幅值一般不超过3UXg，个别达3(6UXg。基波谐振时的过电流可达额定线电压下互感器额定激磁电流的4(0,17(5倍。 图2一21示出了互感器基波谐振的典型示波曲线。图中 U?为相对地电压，认为互感器的开口三角电压。由图可见，在谐振激发起来几个周波之后，即自行消失。但是在实际测量中，也曾发现基波谐振一经激发就能持续存在而不消失。经验表明，在多次合闸时，由于各相合闸相角的随机性，电压降低可能轮流变换。例如，第一次合闸时，A相电压降低，B、C两相电压升高;第二次合闸时，则可能B相电压降低，A、C两相电压升高等，如果出现这种现象就是基波谐振的充分标志。 图2-21 基波谐振的示波曲线 2(1/2分次谐波谐振 我们仍应用图2,15来进行分析。假定中性点位移电压仍为U由留2,,15可以写出 0 式(2,6)表明，O’点的总电流(即零序电流)可以看成是由四个支路电流(EA+U0)(1/jωL1)，(EB+U0)(1/jωL2),(Ec+U0)(1/jωL1)和jω?3C0U0组成的。这样，若将图2,15的零序电路化成图2,22的形式，O‘点的总电流是不变的，也就是说，不改变电路特性，然而经过变换会给我们分析问题带来方便，因此，我们对图2,15进行变换。 图2-22 图2-15的零序电路图 众所周知，在三相电源的电势中并不含有专次谐波，而在发生告分频谱振时，相对地电压中却含有1/2次谐振分量，由此可以推断，1/2次谐波源必然存在于电源中性点O与O‘之间。也就是说，1/2分频电压是零序性质的。这样，我们可以作出发生命分频谐振时图2,22的简化零序电路图2,23。 图2-23 图2-22的简化零序电路 U0(1/2)一发生1/2分频谐振时，造成的可性位移位电压; Ldz/3-互感器在1/2分频谐振的三相等值电感;3C0-电网的三相对分电容 由图2-23可见，当发生1/2分频谐振时，应有 由于等值电感是可变的，在谐振前，起始状态的电感告Ldz较大，而谐振时，电感要变小，0 所以可以得到发生1/2分频谐振的必要条件是 只有这样才会在某种挑动(激发)下，由于铁芯电感逐渐减小，回路的自振频率随之增高，直到接近于电源频率的1/2时，就发生1/2分频谐振。 图2,23中的等值电感Ldz和中性点位移电压可由图2,22求出。 假定三相铁芯电感线圈中的磁链为 对于非线性电感，当不考虑磁滞损失时，其任一激磁特性都可用由磁链奇次方项组成 的无穷级数来表示 35i=aψ+bψ+Cψ+„ 这种多项式的前两项起的作用最大，如果非线性电感不十分饱和，可以只取前两项，即 3 i=aψ十b bψ(2,10) 式中a-磁化特性一次方系数，也即磁化曲线初始线性部分的斜率，所以a的倒数就是 由式(2,16)可见，“当发生了分频谐振时，各相对地电压为电源电势(基波)和中性点位 移电压怖分次谐则的瞬时值之和。根据电工基础知识。发生命分频谐振时，三相导线相电压的 有效值可表示为 式中Ux-1/2分频谐振时的相电压有效值; U1/2-十分频谐振零序电压有效值; 0 Ex-50Hz王频电源相电压有效值。 50 由于根号中两项均为平方，故发生7分频谐振时，三相导线对地电压同时升高。应指出，上述讨论是理想的情况，即不考虑自由振荡回路中元件(如电压互感器等)的损耗(R,0)。显然，此时非线性自由振荡的角频率可以为任一值，但在特定条件(如参数初始激发等)下，可能出现角频率为专。的振荡，即发生告分频谐振。 实测表明，发生1/2分频谐振时，其谐振频率并不是准确的25HZ，而是比25Hz略低一点，约为(24(2,24( 6)Hz，即与1/2f=25Hz之间有一个差值才。 εf=25-(24.2~24.6) 式中f-电源频率; εf一”滑差”频率。 为什么会产生滑差频率εf呢,这是由于振荡回路中元件(如电压互感器)实际存在损耗之故。 考虑电压互感器的损耗后，详细的数学分析表明，中性点位移电压为 式中A、B-同上; δ-“滑差”，它与R有关，随R增大，δ很快增大，在一般口路中，δ与R大致为二次方关系; C-低频磁键幅值; R-表征电压互感器损耗的电阻。 由式(2,18)可见，发生1/2分次谐波谱振时，其谐振角频率为1/2(1-δ)ω，而不是去1/2ω。所以严格地说，应称上述这种由于中性点位移现象所造成的谐振为(1/2-ε)次分次谐波谐振。其中ε=δ/2。一般为方便起见，习惯地简称跨分频谐振。 由于1/2分频谐振存在着频差现象。往往导致配电盘上的电压表对指示有抖动或以低频来回摆动，其频率约为 IHZ;若互感器开口三角接有表计，指针摆动明显。 由上所述，1/2分频谐振的显著标志是三相电压同时升高，而且表计以低频来回摆动。图2一24示出了1/2分频谐振过电压的实测波形。其幅值不高，通常不超过2Ux，这是因为谐振时，互感器铁芯严重饱和。限制了过电压的增长。但是也正是由于铁芯的严重炮和，且谐振频率只有工频的一半，互感器的激磁感抗急剧下降，使其高压线圈中流过极大的过电流，一般可达到互感器额定激磁电流的几十倍，乃至上百倍(例如，沈阳地区 44kV电网曾实测为 116倍)从而产生危险的电动力和严重的过热，导致互感器高压保险熔丝馆断、喷油，甚至烧毁，因而造成停电等事故。 图2-24 1/2分频谐波振示波图 3(高次谐波谐振 由电磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压除基波和专次分次谐波谐振外，还会出现高次谐波谐振。其中主要是三次谐波谐振。 三次谐波谐振也多在电源向接有互感器的空载母线合问时出现。有时，当变电站的出线很短时，也可能产生三次谐波谐振。 当电压互感器为Y0,Y0/?接线时，由于电源中性点不接地，不能向电压互感器提供三次谐波的激磁电流。那么，三次谐波源来自何处呢,我们知道，由于铁芯饱和的影响，互感器各相激道呈平顶状波形，如图Z,,25所示。它可以分解为基波和三次谐波，其他更高次谐波国幅值相对很小，可忽略不计。三次谐波磁通将在互感器绕组中感应三次谐波电势。在三相绕组中，三次谐波电势是同相的，均为零序分量。所以，对三次谐波而言，可将图2,15所示的三相谐振回路转化为图2,26所示的单相等值电路进行分析。图中:E。。为互感器铁芯饱和引起的三次谐波等值电势;正。3为互感器相应于三次谐波的等值电感; C为等值电容。 03 由图2,26可求得 图2-16 三次谐波振等值电路 图2-25 平顶波形的分解散 由于式(2,20)的分母为正数，所以I超前E90?。为清楚起见，将三次谐波磁通0303 的向量关系示于图 2,27中。 图2一27 三次谐波磁通的相量关系(a)助磁作用;(b)去磁作用 由图2,27(a)可见，I在铁芯中产生的磁通Ψ，正好与原有三次谐波磁通畅。同0303 相。换言之，I所产生的磁势起助磁作用，使电容两端的电压为原有电势E与Ψ所033003感应的电势E之和，即 30 Uc=E+E 3003 显然，三次谐波谐振也使电压互感器两端出现较高的过电压。 反之,若电容值较大，使得式(2,,20)的分母为负数。那么I就滞后E90?，因而0303所产生的磁通起去碰作用，其相量关系如图2-27(b)所示。此时，电感两端的三次谐波电压较小。当电容足够大时，可使绕组上的三次谐波电压降到很低数值。在这种情况下，实际上是电容给三次谐波激磁电流提供了通路，从而抵销了铁芯饱和效应。 由上分析可知，只有当对地电容足够小时，即回路中电流起助磁作用时，才可能出现三次谐波谱振。换言之，它仅是必要条件。只有当电容和电感参数配合适当才能产生三次谐波谐振。 2-28 合闸引起三次谐波谐振示波图 图2,28示出了空母线合间时引起的三次谐波谐振的典型示波图。三次谐波谐振的电压幅值一般不超过(3,3(5)Ux。它的显著特点是三相电压同时升高而且数值相同，也即在工频电压基础上迭加三次谐波电压，各相电压为 U=?U2 1+U 2 3 式中U1-基波电压有效值; U3-三次谐波电压。 综上所述，可以把中性点绝缘系统电磁式电压互感器引起铁磁谐振过电压的基本物理概念归纳如下: (l)过电压产生的必要和充分条件。 1)系统电源中性点对地绝缘。因为中性点位移电压都属于零序电压，只有电源中性点对地绝缘才有可能发生这种中性点位移。配电网的电源中性点绝大多数是对地绝缘的，具备产生该类过电压的基本条件，所以容易产生该类过电压。 对中性点直接接地系统，因电网内的各点电位均被固定，电压互感器绕组分别与各相的电势连在一起，不会产生中性点位移电压。 对中性点经消弧线圈接地的系统，因消弧线圈的电感值L远小于电压互感器的励磁电X 感，差几个数量级，零序回路中电感参数主要由消弧线圈决定，并且相对地稳定了中性点的电位，即使电压互感器的励磁电感发生变化，也不会发生铁磁谐振而产生过电压。 2)电压互感器一次绕组中性点直接接地，开口三角零序电压绕组为开路状态。如果互感器中性点不接地，则各相绕组路接在电源的相间电压上，不再与对地电容C 相并0联，因而不会产生中性点位移。 另外，着三角形绕组闭合短路运行，其中所感应的零序电流在三角绕组中自成回路，对互感器高压侧产生去磁作用，可以抑制或消除谐振现象。 3)电网的对地电容与互感器的励磁电感相匹配，且初始感抗应大于容抗。这是因为在铁芯电感L与电容C。的并联电路中，如果在初始状态(较低电压下)X,Xc，即二者L并联后相当于一个容性阻抗(C’)。当某种原因使电源电压升高时，铁芯趋于饱和，XL下降，并联支路变为X,Xc，电感中电流大于电容中电流，即二者并联后相当于一L 个感性阻抗(L’)。这样才可能使三相导纳不相等，产生中性点位移电压U。 04)具有一定的外界“激发”条件。因为只有在外界扰动的“激发:，下，才能使互感器铁芯达到饱和，导致中性点位移。激发条件有:?对带有电压互感器的空母线或空载线路突然合闸充电。在这种情况下，即使三相断路器同期，但由于三相电压相差o120，它们不可能同时在同样的条件下合闸，可能有的相在电压过零，电流最大时合闸，这样会在电压互感器的绕组中流过幅值很大的不平衡涌流，导致铁芯饱和。?由于雷击或其他原因，使线路发生瞬间单相弧光接地，健全相电压突然升至线电压，在接地消失后，故障相又可能有电压的突然上升，这些过程中都会在电压互感器绕组内出现很大的励磁涌流，导致铁芯严重饱和。目前，在电力系统中，为研究该类谐振过电压，往往采用人工接地，而后再断开接地点的方法来激发谐振。?由传递过电压也可以使电压互感器达到铁芯饱和。例如，在电源变压器的高压侧发生瞬间单相接地或断路器不同期操作时，其零序电压也会传递到接有电磁式电压互感器的这一侧。在此传递过电压作用下，造成互感器铁芯电感饱和。 (2)过电压的特点。 l)对地绝缘的电源中性点位移电压使相对地出现过电压。 2)电源中性点位移电压可以是基频、也可以是分频或高频。 3)中性点位移电压是零序电压，在电网中出现“虚幻”接地现象。 【关闭本页】 影响互感器铁磁谐振过电压的因素 1(电压互感器的影响 (l)电压互感器伏安特性的影响。H(A(Peterson曾对两种典型伏安特性的铁芯电感进行模拟试验。试验结果如图2,29所示。 图2,29激磁电感的伏安特性曲线和谐振区域 (a)伏安特性曲线，I*为标么值;(b)谐振区域 实线一#1特性曲线;虚线一#2特性曲线 由图2,29可见，铁芯电感的伏安特性愈好，即铁芯饱和得愈慢，谐振区愈向右移，也即谐振所需要的阻抗参数X/X愈大;反之，愈向左移，即谐振所需X/X愈小。考虑到电力系统中C0LC0L 运行着的电压互感器及系统的具体情况总与模拟情况有差异，因此，H?A?Peterson的模拟试验结果，仅用来定性估计系统阻抗参数的匹配情况，而对于不同型号、不同出厂日期、不同厂家制造的电压互感器，其谐振区域应根据实际试验加以确定。 (2)电压互感器损耗的影响。H(A.Peterson模拟试验是采用三台损耗小的单相小容量变压器进行的,其限尼系数r/X为3/100007/1000.r为互感器一次线圈直流电阻,X为额定电压下的LL激磁感抗，而运行着的互感器，一般损耗较大，例如，35kV(的互感器其阻尼系数r/X为,L15/10000.损耗电阻大,可以吸收一部分能量,对谐振有一定的抑制作用,特别是对1/2频谐振，这种抑制作用很明显。 吉林省电力试验研究所等单位的模拟试验表明，当了X/X一定时，随着互感器高压线圈损耗C0L 电阻的增大，激发谐振所需的起振电压随之增加，它意味着诸振区域变窄。 (3)电压互感器结构的影响。H(A(Peterson模拟试验采用的三台单相小容量变压器，相当于三台单相电压互感器，而现场运行着的电压互感器，既有三台单相电压互感器组，也有三相 五柱电压互感器，它们在谐振激发上是不同的。试验研究表明，单相电压互感器组的起振电压较三相五柱电压互感器的低，也就是说，单相电压互感器组容易激发谐振。这主要是由于两者磁路结构的差异，造成零序阻抗不同所致。 图2,30示出了三芯五柱互感器和单相互感器组的磁路。由图可见、单相互感器组零序磁通的磁路和正序磁通的磁路一样，每相都有自己的闭合回路，因而零序阻抗等于正序阻抗。对三芯玉柱电压工感器，由于零序磁通经过两个边往返回，所以其磁路长，而且铁芯截面小，因而其零序磁通磁阻较单相互感器组要大得多。由上所述，谐振是由于零序磁通造成的，三芯五柱互感器零序磁通遇到的磁胆大，谐振就不容易产生。 (a) (b) 图2-30 电压互感器零序磁通经过铁芯闭合的回路 (a)三芯五柱;(b)单相组 应当指出，由于碰路的差异，计算和测量这两类电压互感器零序阻抗时所用的电压是不同的。由于电网发生谐振时，作用在电压互感器上的电压是正序电压与零序谐振电压的选加，对于单相互感器组，正序电压和零序电压合成下的服抗值接近干线电压下的阻抗值，因此，XL为额定线电压下的激磁感抗。H( A( Peterson正是采用线电压下的阻抗值作为计算阻机值。对于三芯玉柱互感器，零序电压接近于柏电压，正序电压对零序电压阻抗影响不大，所以及取相电压下的相应感抗值。 2(电网零序电容的影响 图2-29中实践可知,谐振区域与阻抗比X/X有直接关系,对于1/2分频谐振区,阻抗X/X约C0LC0L为0.01~0.08;基波谐振区, X/X约为0.08~0.8;高频谐振区, X/X约为0.6~3.0.当改变电网C0LC0L 零序电容时，X/X 随之改变，回路中可能出现由一种借振状态转变为另一种谐振状态。如果C0L 零序电容过大或过小，就可以脱离谐振区域，谐振就不会发生。 在现场，一般可以测量出电网的对地电容电流，进而计算出对地电容，由X/X估算该电网是C0L否处于谐振区。若在诸振区，再进一步判定可能是哪一种谐振。 电网的电容电流也可用下列经验公式计算 -3I=(2.7~3.3)Uel10,A C 式中 Ue-电网的额定线电压， kV; l-输电线路长度， km; 2(7-系数，用于无避雷线线路; 3(3-系数，用于有避雷线线路。 式(2,21)适用于单回木杆线路。若为金属或水泥杆塔，电容电流约增加 10,左右;若为双回路，应将其折算为单回路，可取其等效长度为ι’=(1(7,1(4)ι。其中ι为每一回路的长度，1.7适用于110kV左右的线路;1.4适用于10kV左右的线路。 另外，电容电流也可以写成式(2,22) 3 Ic=3 Ux ×10/Xco 式中Ic-电容电流，A; Ux-电网运行相电压，kV; Xco-线路对地容抗(不包括母线电容的密执)，Ω。 比较式(2,21)和式(2,22)可得 33 (2.7~3.3)*Uel*10=3 Ux ,10/Xco 33 (2.7~3.3)*1.73Uxl*10=3 Ux ,10/Xco 若对系数(2(7,3(3)取平均值，为了进行计算，则可得到 6Xco=1.73*10 / (2.7~3.3)l 欧 可知，若Xco/X <0.01时，一般不发生谐振，相应的线路长度为 l l>57.7/X l 除上述情况外，电网零序电容还对谐振过电压、过电流的大小和谐振频率有一定影响。 3(其他影响因素 (1)激发程度。实际激发试验表明，即使阻抗参数X/X落在谐振区域内，也并不是每次都C0L 能激发起稳定的谐振。这是因为谐振的产生不仅与X/X有关，还与电压冲击、涌流大小、合C0L 闸相角等激发因素有关。激发程度不同时，互感器饱和程度有异，因此谐振特性就不相同。 (2)回路的阻尼作用。当激发起中性点不稳定过电压后，无论是基波、三次谐波还是1/2分次谐波谐振，总是由电源供给谐振所需的能量。如果输入和输出的能量得以平衡，谐波将维持下去;如果能量平衡关系一旦被破坏，则谐振便会自动消除。 根据谐振原理，增大回路电阻可使谐振区域缩小，维持谐振所需的电压提高，从而能阻尼振荡。 (3)电网频率的变动。电网频率的变化，使谐振回路中的阻抗参数发生变化，是导致谐振现象不稳定的重要原因。 电网频率变动可能使谐振现象突然发生;突然消失;也可能使谐振由一种状态转变为另一种状态。 【关闭本页】 防止和消除谐振的措施 数十年来，我国在研究电磁式电压互感器引起的铁磁谐振机理的同时，一直在探讨防止和消除这种谐振过电压的措施。目前在配电网中采用措施很多，但可以归纳为两类:一类是改变参数，破坏产生谐振的条件;另一类是接入阻尼电阻，增大回路的阻尼效应。 1(改变参数躲开谐振区 电压互感器引起铁磁谐振的区域是阻抗比X/X的函数。为了躲开谐振区域，可以改变X或C0LC0X，通常从以下几方面人手。 L ( 1)改变X，当X 不变时，减小或增大X。都可以达到改变了X/X的目的。如在变电所C0LC0C0L 的母线上增加出线数，或在母线上加装集中电容器等。研究表明，6,10kV变电所每相对地接入3,0.4μF的余弦电容器可得到满意的运行效果。 (2)改变X当X不变时，增大 XL，使下X/X<0.01，同样可以避免谐振的发生。增大X的LC0C0LL办法有: l)选用伏安特性好的电压互感器，使其工作点在伏安特性的线性部分，当有激发因素时，铁芯不易饱和，也就难于激发谐振。从某种意义上说，这是治本的措施。 2)选用高电压等级的电压互感器。试验表明，采用高电压等级的互感器，由于工作点也在伏安特性的线性部分，一则不易激发谐振，二则万一出现谐振会使电压互感器中过电流的严重程度减轻。 3)减少电压互感器的并联台数。这样一则可以增大XL，二则当电网内万一出现谐振也可以减少一次损坏的互感器台数。 4)减少电压互感器高压侧(一次绕组)中性点接地台数。这样做的结果与3)的效果相近。对中性点绝缘电网中的用户变电所里装的全绝缘电压互感器，因无监视系统绝缘的任务，可将其中性点改为不接地运行以增大XL。 (3)合理安排操作方式。对于空母线合闸充电易产生基波谐振的变电所，在合闸前，可先投入母线上的一条空载出线，然后再向母线充电，以达到改变系统参数、躲开谐振区域的目的。 (4)装设消弧线圈。众所周知，在中性点不接地系统中，中性点经消弧线圈接地，能够帮助瞬间接地电弧的熄灭，从而有效的防止单相弧光接地引起的过电压。除此之外，消弧线圈还能完全消除因电压互感器参数变化引起的电网铁磁谐振。因此，除了按《电力设备过电压保护设计技术规程》(SDJ7�79)(以下简称过电压规程)中规定，在不接地系统中的单相接地电流，对10kV系统大于30A，35kV系统大于10A需装设消弧线圈外，在单相接地电流接近上述数值，且有谐振现象经常发生时，也应考虑装设消弧线圈。例如，西北地区某 35kV电网的电流小于 10A，在装消弧线圈前经常发生谐振，烧坏电压互感器，装设消弧线圈后，运行效果良好。 2.增大回路的阻尼效应 (1)在电压互感器开口三角绕组两端接入阻尼电阻或短接。 l)接线及原理。在我国电力系统中，为限制由电磁式互感器引起的铁磁谐振，广泛采用在互感器开口三角绕组接入阻尼电阻R的方法来抑制谐振。其接线如图2,,31所示。 图2-31 互感器开口三角接入阻尼电阻接线 谐振时，互感器高压绕组中将流过零序电流入;，在开口三角绕组两端要感应出零序电压。当按入R时，其中必将流过零序电流站，它对高压绕组产生去磁作用，从而抑制了谐振。R愈小，I愈大，去磁作用愈显著。若将开口三角绕组两端短接，即R=0，谐振就不会发生。 02 阻尼电阻也可以接在高压侧与L、L、L并联。当接在高压侧时，可将R通过变比关系换算为 123 2R=(K/3)R 1 式中 R-互感器高压倒每相绕组并联电阻值; 1 R-互感器开口三角绕组的阻尼电阻; K-互感器变比。 2)阻尼电阻的数值选择。关于阻尼电阻的数值，《过电压规程》中虽有规定(R4?0(4X)，但目前仍有争论，原因是各试验者的试验条件如互感器特性、电压等级等不L 尽相同。 根据模拟试验，H(A(Peterson等同时得出了在不同参数条件下，消除谐振所需的开口三角电阻的上限值R，如图2,32所示。消除分频谐振所需的R值较小，基波的允许值高些，高次谐波谐振要求的电阻值最高。因此，如按分频谐振来选择电阻，就可以同时消除基波和高次谐波谐振。 图2-32 消除互感器谐振所需的开口三角电阻上限值(图2-29中的,1互感器) 为消除分频谐振过电压开口三角的电阻值应为 22R=(n/n) X= X/K 21l;l 22为消除基波谐振过电压开口三角的电阻值应为 R=8(n/n) X= 8X/K 21l;l 式中K�互感器高压绕组与开口三角绕组间的变比。 例如，某10kV电压互感器，每相绕组在额定线电压下的激磁感抗XL=1MΩ,高压侧与开口三角侧变比为 3K=10/1.73*10 / 100/3 = 100*1.73 为了消除分频谐振，应取R小于等于33欧;为了消除基波谐振，应取R小于等于264欧。应当指出，当电网中同时接有若干台互感器时，每台互感器(包括用户的互感器)均应按各自的激磁阻抗XL值,分别加装开口三角电阻.。 3)阻尼电阻的投入。阻尼电阻可以长期接在开口三角绕组，它不影响互感器的正常运行，但要考虑热容量的要求。当电网内发生持续性的单相接地时，电压互感器开口三角绕组两端会出现100V(有的互感器为73V)的工频零序电压。故阻尼电阻就应有足够大的容量。 当开口三角电压Uk=100V时 223P=U/R=100/R=10/R×10(W) R 若取R=33Ω,则P =0.3KW.对分频谐振而言,由于电阻值甚小,有时R=0,所以长期投入是不恰当R 的.通常采用瞬时投入法.目前较简便的方法是原东北电力试验研究院和沈阳电业局研制的分频消谐装置. 三角绕组和一次绕组上，这就是说，电压互感器必须要有足够的容量，这与下述的高压侧中性点接电阻是不同的。 另外，在间歇性弧光接地时，由于阻尼电阻的接入，将使流过一次绕组的电流显著增大，这就增加了电压互感器烧损的可能性。当有多台电压互感器时，必须在每台上均接阻尼电阻才能奏效，否则，如将此小电钮集中接于一台电压互感器的开口三角统组两端，则在单相接地时，电压互感器本身就有可能承受不了过大的负载而烧损。 图2-33 消除铁磁谐振所需的R0值1-分频;2-基波 (2)在互感器高压绕组中性点上接电阻R。试验和运行经验证明，这是防止或消除互感器铁0 磁谐振的一个有效而简便的方法，当R?6%ωL时，可以消除一切由电压互感器饱和所引起的0 铁磁谐振。在额定运行电压下，临界阻尼电阻尼的值如图2,,33所示。由图可见，当R?3.5%ωL时，可消除一切基波谐振;当R?5.6%ωL时，可消除一切基波和分频谐振。电00 压互感器的伏安特性愈是饱和，其中性点上接电阻尼的效果愈明显。 电压互感器高压绕组中性点装设阻尼电阻器的接线如图2,34所示。 在图2,34中，当系统发生单相接地时，故障点流过电容电流，未接地相(A、B)的电压升高到线电压，其对地电容C充以与线电压相应的电荷。在接地故障期间，此电行产生电容电流，0 以接地点为通路，在电源一导线一大地间流通。由于互感器的激磁阻抗很大，其中流过的电流很小。但是，一旦接地故障消除，这个电流通路被切断。而非接地相必须由线电压瞬间恢复到正常相电压水平。由于接地故障已断开，非接地相在接地期间已经充电至线电压下的电荷，就只有通过互感器高压绕组，经其原来接地的中性点进人大地。在这一瞬变过程中，互感器高压绕组中将会流过一个很大的工频冲击电流，使互感器铁芯严重饱和，激发谐振现象。实际上，由于接地电弧熄灭的时刻不同，即初始相位角不同，故障的切除不一定都在非接地相电压达最大值这一严重情况下发生。因此，不一定每次单相接地故障消失时，都会在互感器高压绕组中产生大的涌流，发生谐振。 图2-34 电网单相接地时电流的分布 在上述情况下，若在互感器高压绕组中性点接入一个足够大的接地的电阻，在单相故障消失时，就可以阻尼流过高压绕组和中性点的冲击振荡电流，使其急剧衰减，避免铁芯饱和，防止铁磁谐振的发生。 另外，接入阻尼电阻对消除因三相参数不对称，如一相导线部分或完全断线，电压互感器一相或两相熔丝馆断激发引起的铁磁谐振过电压以及抑制非谐振引起的电压互感器熔丝熔断都有良好的效果。 R的数值，从阻尼的角度来看是愈大愈好，若R??，即电压互感器高压侧绕组中性点变为绝O 缘了，当然不会发生谐振。但R太大一则会影响电压互感器中性点的绝缘水平，二则会使单相O 接地时的开口三角电压太低，影响接地指示灵敏度和保护装置正常动作。而大小了阻尼作用又不大。根据有关单位的研究，接产。后，电压互感器开口三角绕组的电压U?%??[1-(3 RO 2/ωL)]。R=5.6%ωL，则U?=98V，即系统单相接地时队有所降低，但降低不多。实测10W系O 统(电压互感器的ωL=860kΩ)单相接地时的U?和R的关系如图2,35所示。变电所接地警O 报器的启动电压一般整定为15,30V，故按U??80V来考 虑，一般取从一30,50kΩ、乃至100kΩ均可满足这一要求。 R0的容量，就单相稳态接地的要求而言是不大的，仅几十瓦，例如，当R0取为30kΩ，则对10KV系 统而言，其消耗的功率小于40W。但是，运行经验表 明，当发生间歇性弧光接地时，对电阻尼热容量的要 求要大得多。所以，RO的容量主要由单相间歇性弧光接地的条件来决定。西北电力试验研究所在大量弧光 接地试验的基础上提出若比有600W的容量则比较 可靠。所以见的容量可为500,1000W。 (3)采用消谐装置。目前在中性点不接地电网中，安装的消谐装置主要有以下几种: 1) RXQ型电压互感器消谐器。它是由西安电瓷研究所、西北电力试验研究所和西安供电局等单位联合研制的，主要适用于6,10kV配电网。 RXQ型 TV消谐器由非线性高温电阻片和线性电阻(6,7kΩ)串联构成。电阻片直径为60cm，阀片与问片之间设有铝质散热片，所有元件用弹簧压装在瓷套中，如图2,36所承。RXQ型 TV消谐器串接在电压互感器高压绕组的中性点与地之间，使电网零序网络的阻尼率增大，从根本上避免了建振的条件。同时也能防止弧光接地过电流(实测最大过电流峰值为2(09A)烧毁电压互感器，是一种可靠的保护设备。例如，西北地区采用该类消谐器以来，尚未发生过铁磁谐振或弧光接地时烧报电压互感橹四情况。 2) XXG型消谐器。它是由云南省电力局勘测设计院火电室和昆明市灯泡厂共同研制的，它由消谐管和鉴频器组成，原理接线如图2,37所示。其简单工作原理如下:?当系统正常运行时，电压互感器开口三角 ax两端位移电压不大于 3V，消谐器(管)基本上处于冷态，此时“2”、“6”间等效电阻R=(r1r2)/(r1+r2)?1Ω,对各种谐振都有抑制作用。?当单相接地时，开口三角绕组有 100VI频电压，此时间、 r。在 100V电压下发热，使开关Q断开，将电阻r2切除，r1进入热态，达60或1100，电压互感器不会过载。?当产生谐振时，如果是基波、高次谐波谐振，则身有足够的抑制功能;如果单相接地后接着产生的是分频谐振，此时由L和KA组成的鉴频器动作，KA的接点将“4”、“6’’短接，投入电阻r2，使开口三角绕组内投入一个可消除分频谐振的低电阻，将谐振消除。 由于r1、r2所具有的非线性与普通白炽灯泡无异，事实上XXG消谐管本身就是一只可控的白炽灯。因此，上述消谐功能在实际电网中往往是达不到的，而且常常在间歇性弧光接地过电压的作用下将自身烧毁。 图2-36 RXQ-10型电压互感器消谐器外形图 )可控硅消谐装置。这是由铁岭电业局首次研制成功的。有两种型式，即 KZX型可控硅综合3 消谐装置和KFX型可控硅分频消振装置。由于以小巧的且具有开关特性的可控硅(晶闸管)代替笨重的交流接触器，使本装置不仅有良好的消谐能力，而且便于实现产品化。 图2-37 消谐器原理接线图 2,38 KFX型消谐装置原理接线图 XXG一消谐管(rl为热丝，r2为消谐丝，Q 为热动开关);L一鉴频电抗器;KA一继电 器 ?KFX型可控硅分频消振装置原理接线如图 2,,38所示。当电网发生单相接地故障时，L C1处于并联谐振状态，是高阻抗， T2次级电压甚低，不足以使 SCR触发导通，当电网发生分频谐振时，LC1与C2处于串联谐振状态，T2次级获得较高电压，且其相位超前SCR阳极电压 90?，使 SCR1， SCR2交替触发导通，短时短接开口三角绕组实现消谐。?KZX型可控硅综合消谐装置，其原理框图如图2,39所示。 图2,39 KZX型消诺装置原理框图 4) WNX型微电脑多功能消谐装置。该装置是针对KFX型装置所存在的功能单一、抗干扰能力较差等缺陷研制而成的，经东北电管局鉴定后已交浙江乐清华侨电脑电力仪器厂生产。它由单片微型计算机8748、采样鉴频电路、晶闸管、分频计数器等元件组成。其工作原理是采用单片机检测开口三角绕组两端的零序电压的频率和幅值，以识别各种形式的铁磁谐振过电压。当检测电压互感器开口三角绕组电压的频率范围为15,18、23,27、145,162HZ时，分别判定为1/3次、1/2次分频谐振和三倍频高频谐振;当频率为48,52HZ，并且连续三个周波过幅值(155士5V)时，则判定为基频谱振。当判定为某种谐振后，单片机就进入消谐程序，发出高频脉冲群，使反共联在开口三角绕组两端的两只晶闸管交替过零触发导通，将开口三角绕组短路，向电网施加强有力的持续阻尼波，使诸振过电压波迅速被消除。由于短路时间极短，故不会给电压互感器带来负队 许多地区的运行经验表明，采用此装置消除铁磁谐振过电压十分有效。例如，某变电所两台10kV电压互感器，两年半时间内高压熔丝熔断30多只，安装该消谐装置后，又经 两年半时间，消谐装置多次动作，高压熔丝没有熔断. 以上几种消谐装置、措施和方法适用于不同的场合，各有特点，应根据实际需要进行选择。因开三角回路中固定接电阻、灯泡等方法简单易行、经济，但其阻尼能力有限，一般仅适用于10kV及以下电网中。当TV组数较多时，应在每组TV上采取消谐措施。TV高压中性点串电感、电阻，消谐效果比较理想，但不能用于TV为半绝缘的电网中，而且每组TV都应采取同样措施才能见效。以可控硅为消诺执行无伴他消谐装置(KFX型、 KZX型和 WNX型)，具有极强的阻尼能力，可适用于任何电压等级的电网，特别是 WNX型消谐装置，功能齐全，抗干扰能力强，效果最佳，具有广阔的应用前景。 3(采用零序电压互感器 这是华北电力学院杨以酒教授提出的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。其原理接线日如图2,40所示。它由4台电压互感器组成，其中3台为主电压互感器，1台为零序电压互感器。主电压互感器一次测绕组接成星形，中性点通过零序电压互感器的一次绕组W4接地;主电压互感器的二次统绕组W3接成星形，其中性点通过W5接地;主电压互感器的辅助绕组接成闭口三角形。 图2-40 TV高压中性点串接单相电压互感器的实际接线图 正常运行时，各相电压是对称的，原绕组中性点、D和地之间只有一数值很小的不平衡电压，不足以影响接地继电器的动作。一相接地时，接地相电位降低到零，这将引起相电压表指示发生变化。以A相发生接地事故为例，说明各相电压表的变 化。由于A相为地电位，故U，U,0或U=-U，各相电压相量如图2一41所示。各相电压为 A00A U=U+U=0 A0A0 -j30U=U+U=?3Ue? B0B0B j30U=U+U=?3Ue? C0C0C 即A相电压表指示为零，B相及C相电压升高到相电压的,百倍，零序互感器的一次绕组电压升高到相电压。从电压表的指示可以判断出 A相发生接地事故。同时，电压继电器将发出接地信号。从各个相电压的变动看出，，它对接地事故的反映和现在的典型绝缘监视用电压互感器的行为完全一样。这种电压互感器之所以能防振主要是靠:消振闭口三角绕组;中性点经零序电压互感器接地，W4绕组感抗补偿容抗，著感抗足够大，谐振不会发生;W4绕组的固有电阻(约10kΩ)具有消振和防止熔丝熔断的作用。为增大零序电压互感器的电阻，其高压绕组采用铁漆包线绕成，其电阻约为同型号铜线的5,7倍。 应指出，在正常工作状态下，系统中性位移反映到开口三角绕组上的电压仅几伏，其中环流甚微。单相接地时，实测环流在100,200mA，远低于铭牌允许值。 (b) (a) 图2-41 A相接地时各相电压及其相量图 (a)A相接地;(b)相量图 运行经验表明，在10kV及以下的配电网中，采用零序电压互感器是防止电磁式电压互感器烧损的有效方法，它优先考虑采用。目前已有厂家生产这种产品。 对于 35kV的配电网，由于JDZJ-35和JDJJ-35型电压互感器不是全绝缘的产品，影响了这一措施在35kV电网中的推广。然而，如将该电网里的接地监视电压互感器改为JDJ一35或 JDZ-35型，这个问题就能得到解决。此时的接线可参照图 2,40a图中 1,3TV为主电压互感器(JDJ-35或JDZ-35型); 4TV为零序电压互感器(JDJ-35或 JDZ-35型);K为接地继电器，整定值为15,20V。采用这种接线后，当35kV系统发生单相金属性接地时，该电压互感器组高压侧中性点的对地电压将为15V左右，这就是零序电压互感器只能串接于全绝缘的电压互感器中性点的根本原因。JDJ-35和JDZ-35型电压工感器都是双绕组的，它们不具备可以接线开口三角绕组以获取零序电压的辅助二次绕组，因此，通常不作接地监视用。此时零序电压可从其好V的二次绕组抽出。当3弛V电网发生单相金属接地时，其二次绕组两端的电压约为40V，如果其回路中的接地继电器K的整定值为15,20V，则该继电器是能正确动作的。 4(新型消谐装置 这是武汉水利电力大学陈维贤教授提出的抑制配电网互感器谐振的新方法。他对现有的消谐措施进行了分析，认为最理想的消谐方法是将开口三角绕组瞬间短接，这也是当前多种消谐装置的共同原理。但是，在许多情况下，当发生基波谐振时，在开口三角绕组两端所显示出来的电压波形和幅值，与单相接地下的完全相同，使消谐器无法正确判断和投入动作，这又是目前电压互感器谐振事故仍然较多的一大原因。为了能正确区分谐振和接地，研制了新型的消谐装置，并获得国家专利。 新型的消谐装置由接地鉴别器 JB和开口三角绕组短接器 DJ两部分组成。鉴别器的构成原理如图2,42(a)所示，C1为接在电压互感器高压绕组L1中性点上的交流电容，作为隔断直流和提供交流通道之用。约数十微法，其工频容抗很小，相当于直接接地;同时C1的取值应保证本身不会与电压互感器构成谐振，并使弧光接地过电压下所分流到的直流电不致超过 300V。直流电势E经大电阻民和儿而与 C1相并联。在正常运行和发生谐振的情况下，直流通道不存在，电阻尼不产生直流压降，动作电路A接受不到信号，鉴别器JB也就不动作。当发生线路接地故障时，电势 E经久和接地点构成直流通道， R2上出现直流压降，其信号引至动作电路A，其中的继电器K1动作，开口三角绕组L2回路中的常闹结点 Q1打开，如图 2,42 (b)，使得短接器 DJ脱离开口三角电源而不动作，电压互感器也就处在正常的接地工作状态。这里民和儿为百于欧级的大电阻，借以保证鉴别器在接地电阻很大的情况下仍能可靠动作。信号电阻尼的两端并接一个交流大电容C1，以免在单相弧光接地时造成误动作。此外，R为大电阻，以便泄放C1上的多余电荷。 图 2,42新型装置的接地鉴别器 JB和开口三角绕组短接器 DJ (a)鉴别器构成原理; (b)开口三角绕组姐接器 DJ 当发生谐振时，开口三角绕组两端出现电压，它使动作电路H及其继电器民动作，常开结点Q2经延时后闭合，使得谐振立即消失。Q1延时闭合的目的，是当电网发生接地故障时，保证结点 Q1先行开断而切除 DJ，以免后者动作而将开口三角绕组短接掉。 综上所述，新型消谐装置的特点是: (1)能正确区分谐振和接地。 (2)在电压互感器中性点上串进一个直流电势，据此提供接地信号，从而保证只在谐振时才短接开口三角绕组，达到正确消谐的目的。 新型消谐装置曾在10kV电压互感器上进行过大量的单相弧光接地和谐振试验，证明其动作可靠，消谐效果好。 例12 某电厂35kV系统的接线图如图2,43所示。在运行中，B相接地报警，接地选择时，拉线路I时接地未消除;拉线路见时“接地”还未消除;拉避雷器，故障仍未消除。 事故后，经分析研究认为上述现象是在系统中发生铁磁谐振之故。 要判定系统是否发生谐振，发生哪一种借振，其基本做法是:首先根据系统运行记录和所观察的现象作初步判断;然后计算系统参数，根据图2u43确定借振发生的可能性，若X/X 在谐C0L振区域内，再进一步判定谐振的特性。 如果条件允许，还可进行现场实测，探索产生谐振的原因，防止和消除措施及谐振的 图2,43某电厂35kV系统接线图 规律性。 下面对上述方法作简要说明: (1)根据现场值班员运行记录判定谐振。由上所述，当系统发生谐振时，相应的仪表有明显的反映，若值班人员能准确无误地记录下当时的仪表读数、指针摆动情况等，将对分析谐振现象提供极其宝贵的第一手资料。 根据运行经验将不同谐波谐振时的特点，列手表2,,l中，供判断时参考。 表2,1 不同谐波话报时的特点 谐波 各相电压 开口三角绕组电压 基波谐振 某一相电压降低，但不为零，其余超过100V 相电压升高，大于线电压，一般不 过超过3倍相电压 高次谐波谐振 三相电压同时升高，其数值相同，超过100V 且大于线电压，一般不超过3~3.5 倍相电压 分次谐波谐振 三相电压依次轮流升高，三相电压一般在85~95V以下，也有等于或 表指针在相同范围内出现低频摆超过100V的情况 动，一般不超过2倍相电压。 (2)根据系统参数，应用不同谐波的谐振区域曲线判定。 1)系统密抗X的计算。对图2,43所示系统接线，根据实测求得X为 C0C0 Xco=Ux/Io=25欧 式中U-运行相电压。 x I-电容电流。 O 2)电压互感器一次激磁阻抗 根据JDJH-35互感器的伏安特性曲线求得 X=U/I=35KV/30mA=1166.6(kΩ) LN 式中 U-额定线电压，kV; N I-额定线电压下的激磁电流。 3)求阻抗比 X/X=25/1166.6=0.021 根据阻抗比X/X查图2,29(实线)可初步判断系统被激发起1/2C0LC0L 分频谐振。 为了进一步分析这次谐振现象，事后又在该系统进行了实测。其试验接线如图2,44所示。试 验时用接地一断开法激发谐振，并在电压互感器开口三角处率电阻消振。试验内容包括: 图2-44 试验接线图V-电压表150V，5块; W1-单相功率表，150V 2.5A,1块;W2-低功率因数瓦特表，150V,1A，1块;mA1-毫安表，50mA，3块;Ma2-毫安表，500mA，3块;TA- 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 电 流互感器，20/5，1台;R-滑线电阻，20Ω，1只;A-电流表，1A，1块 (l)带线路?，?，在线路I的断路器负荷侧C相作金属性短路，切线路，的断路器，激发谐振。 (2)只带线路?，利用线路?的断路器作接地开关(线路I从断路器负荷侧套管处断开)，断开接地点激发谐振。 (3)只带线路?，利用线路?的断路器作接地开关。断开接地点激发谐振。 (4)投35kV空母线。 上述四次试验，均激发起谐振，其中(l),(3)为1/2分频谐振，(4)为基波谐振。其示波图分别示于图2,45和图2,46中。试验时，系统参数分别为:、试验?X/X =0( 021;C0L试验?X/X=82.6/1166.6=0.071;试验?X/X =35.3/1166.6=0.03;试验?X/X C0LC0LC0L3=0.64×10/1166.6=0.55。根据系统参数判断也分别落在会分频谐振区和基波谐振区，与实测 结果吻合。实测表明，当产生告分频谐振时，电压表读数三相轮流升高，为相电压的1(4倍左右，电压表指针作低频摆动。电压互感器开口三角电压接近单相接地时电压值的 85,,95,。当按人(7一9)Ω消振电阻后，即可消振，其示波图示于图2,45中。 当产生基波谐振时，电压表读数是向相升高至1(8信相电压，一相降低，接近千零，互感器开口三角电压近似为100V。当接入20n的消振电阻后，即消振，其示波图示于图2,46中。 图2-45 试验(3)1/2分频谐振及其消振图2-46 试验(4)基波谐振及其消振示波图 示波图 例 2 某电厂 6kV系统的接线图如图 2,47所示。当合Q。时， 6kV在配L段的空母线充电时，发现 A、 B、 C三相电压轮流升高到原运行相电压的 1( 27、 1( 27、 1(44倍，电工表约以每秒一次的频率摆动;电压互感器开口三角出现零序电压，开始时值班人员误认为系统内有接地。但未找到接地点，后经分析研究确定为系统内出现告分频谱振所致。 根据所记录的数据和现象初步判断为全分频谐振。再根据系数参数进一步核对，实测系统的电容电流为 Ic=2.10A 由式(2,22)，可求得 XC0=4.984KΩ 实测电压互感器的伏安特性，求得 X=6kV/0.07A=85.71(kΩ) l 阻抗比 X/X=4.948/85.71=0.057 C0L 查图2,29(实线)曲线也正好在今分频谐振区。后来又进行实测，确认系统发生了1/2分频谐振。在每台互感器开口三角接人4(4Ω的阻尼电阻即可消振(示波图略)。 图2-47 6kV系统简化接线图 例3 山东某甲分变电所35kV出线有5条，全长124.46km，系统可有电压互感器9台，其中JDJJ1型2台，运行时的接线图如图2-48所示。自1980年1月9日至1981年5月10日，甲地变电所35kV系统曾发生过10多次由电磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压。简要分析如: (1)系统容抗Xc0。由于线路总长为124.6km，而每相对地电容 取为0.8μF，相应的系统容抗为 Xco=1/ωC0=3.98(kΩ) (2)电压互感器的一次激磁阻抗XL。根据实测JDJJ-35型电压互感器线电压下的激磁阻抗为1170kΩ.9台并联后的激磁阻抗XL为130kΩ. (3)求Xc0与XL的比值Xc0/XL. Xc0/XL=0.0306 (4)根据Xc0/XL值查谐振区域曲线。根据图2-29查得，当Xc0/XL=0.0306时，系统处于1/2分次谐波振区。因此，当有适当的激发因素时，即可激发起1/2分次谐波谐振。 图2-48 某35kV系统接线方式(甲地变压器与乙地变压器35kV不并列运行) 【关闭本页】 电磁式电压互感器熔线熔断及烧毁现象 在中性点不接地电网中，电磁式电压互感器烧毁及熔丝熔断的问题，多年来一直受到人们的普遍重视。我国从50年代就开始研究其机理和限制措施，取得一些经验，促进了电网的安全运行。本节将根据我国近几年来做研究结果加以分析。 (一)电压互感器熔丝熔断的原因 根据研究，可以把电压互感器熔丝熔断的原因概括为两类:一类是非谐振引起的，另一类是由于谐振引起的。它们都会在互感器中产生过电流导致熔丝熔断。 1(非谐振熔断熔丝 (l)单相接地瞬间电压互感器高压熔丝熔断。假定有数台Y接线的中性点接地电压互感器，可以用一个等值的电压互感器表示，如图2,49(a)所示。 (a) 图2-49单相接地示意图 〈a)接线图;(b)波形图 令系统三相对地电压的标么值为 e=sint A e=sin(t-2π/3) B e=sin(t-4π/3) C 当A相接地，e’,0，B、C相对地电压变为 A ’e=sin(t-5π/6) B ’e=sin(t-5π/6) C A相接地前后，三相电压与时间变化曲线如图2,49(b)所示。电压互感器电压与磁链的关系如下 以 B相为例，故障前B相电压由零经半周到下一个电压为零，B相碰通由最大值十1变到最大值一1。这时磁链变化为2。 现假定A相发生接地故障时，恰好B相电压为零(t,t1)，见图2,49(b)。当B相电压再次出现零(t,t3)，这时B相的磁链变为 这意味着电压互感器的磁链由最大值一1变到最大值十2(73，因此t=t3时，B相电压互感器铁芯的磁通为十2(73，使电压互感器铁芯过饱和，励磁电流急剧增加，导致高压倒馆丝熔断。 (2)单相接地消失瞬间电压互感器高压熔丝熔断。如果系统很大，这时系统对地容抗较小，可以用图2,50表示该系统的等值电路。 设系统在e=Uxm，e=ec=0.5Uxm瞬间发生A相单相接地，接地瞬间B、C相上总的电荷AB 为 2C×1.5xm=3UxmC 00 式中C_每相对地电容。 0 如果就在这一瞬间A相对地电弧熄灭，电源中性点对地有一直流分量零序电压C 0C=Uxm 0 图2-50 系统等值电路 (a)三相等值电路;(b)单相等值电路 每相对地电荷为Q Q, UxmC 0电荷 Q通过接于相对地的电压互感器高压线因放电，其放电回路如图 2-50(b)所示。由下’式可求得放电电流i ’i=Uxm sinwt / wL oo 设正常运行时流过电压互感器的电流为i，且为 L 1/2i= Uxm sinwt / wL i’/I=(Ic/I)=32 LLL 由以上粗略估计可知，放电电流达电压互感器励磁电流的32倍，如此大的电流将使电压互感器铁芯饱和。在三相正序电压作用下，导致高压熔丝熔断，这种不属于谐波谐振引起的高压熔丝熔断，在电压互感器开口三角绕组并联电阻的措施是不起作用的。 有关文献对电压互感器在单相接地消失后暂态进行了更详尽的数学分析，认为单相接地消失后，电压互感器一次绕组电压有一个极低频率的自由分量，促使电压互感器饱和，在绕组中产生较大的饱和电流低频饱和电流。它在单相接地消失后1/4,1/2工频时间内出现，电流幅值大于分频谐振电流，频率约为2,5Hz。由于低频饱和电流具有幅值高、作用时间短等特点，在单相接地消失后的半个周波即可熔断熔丝。然而，由于实际应用中部分消谐装置的动作响应往往带有几个周波的时延，因此装置动作响应与低频饱和电流的作用时间两者的配合是极不相适应的。另外，电压互感器开口三角绕组有漏抗电阻，其值大约为0、6,1(50;电压互感器在低频下的耦合效果相应较差，诸如此类,些因素的影响，即使是开口三角绕组接了一个阻值很小的电阻，这样依靠耦合关系来抑制电压互感器一次电流的作用是有限的。因此，建议在电压工感器中性点装电阻来抑制低频饱和电流，在JDZJ一10上的试验结果是R0,2kΩ即能起到抑制分频谐振的作用。 2(谐振熔断熔丝 (1)电磁式电压互感器铁芯饱和引起的铁磁谐振过电压。由上所述，在中性点不接地系统中，当系统单相接地消失后，有可能使系统对地电容与电压互感器高压侧电感在相匹配的情况下，发生铁磁谐振，铁磁诺振中的高次谐波谐振，其电流较小，不足使熔丝熔断，而基波和分次谐波谐振时，其电流较大，在一定条件下会导致熔丝熔断。 (2)配电变压器高压绕组接地引起的谐振过电压。研究表明，配电变压器高压绕组接地引起的谐振过电压，其幅值高、作用时间长，除能引起配电变压器的烧损外，往往造成电压互感器高压熔丝熔断，或互感器烧损事故。这是因为当配电变压器单相接地谐振过电压形成后，因电网的电源中性点不接地，电源A、从C三相的线电压值不变，但电网中性点将发生位移，非故障相对地电位升高。变电所内的 10kV母线电压互感器为监视电网是否发生单相接地，三个单相电压互感器的中性点联结以后，再经闸刀接地或直接接地，因此，加在电压互感器相绕组上的电压值因产生谐振过电压而升高。当电压值超过电压互感器励磁特性曲线的拐点时，该电压互感器的励磁电流就骤然增大，导致电压互感器熔丝熔断。若配电变压器的单相接地谐振过电压进一步发展成电压互感器的饱和过电压，此时电网过电压就变得更为复杂。电网中性点位移产生的畸变更为严重时，会越出相量图的电压三角形之外(参见本节三)，母线对地电压升高。不仅单相，就是两相或三相都有可能升高，由此，还能迅速发展成为10kV母线短路。 (3)断线谐振过电压。中性点不接地电网发生断线，往往容易引起基波铁磁谐振过电压，使各相电压升高，导致电压互感器铁芯饱和，励磁电流增大，熔丝熔断。 (二)电压互感器烧毁的原因 电磁式电压互感器烧毁的根本原因是过电流，而过电流又往往起因于过电压。几种谐振过电压及其在电压互感器中产生过电流的原因已在本节三、四中叙述，这里着重指出两点: (1)35kV电网中谐振回路的组成，电感元件基本上是电压互感器自身，而在10kV及以下的电网中，小容量的配电变压器也是谐振的电感元件。 (2)防止电压互感器在谐振过电压下的烧损，根本的措施是改善其励磁特性。辅助措施是:对35kV电网宜采用在电压互感器开口三角绕组回路投入阻尼的方法;对10kV及以下的电网，宜在电压互感器的中性点接入零序电压互感器或阻尼电阻。 【关闭本页】 虚幻接地现象及虚实接地的判别 虚幻接地现象 中性点不接地或经消弧线圈接地的电网属于小电流接地系统，在这种系统中，由于历史的原因，绝大多数的电网实现有选择性的灵敏的接地保护至今尚未很好地解决，所以绝大多数电网是采用交流绝缘监视装置对接地故障进行监测，其接线图如图2,51所示。它的主要功能有:提供准确的线电压供表计和继电保护用;测量电源每相对地电压，反映电网对地绝缘情况。着三相对地电压不对称，中性点对地有位移电压风时，不对称状况由低压星形绕组所接表计显 信号。 示，开口三角绕组按变比关系反映位移电压值，使电压继电器kV动作，发出“接地”kV的动作整定值，一般在 15,30V，对于10kV电网绝缘监视装置的零序变比 N0=NA/N3=(10000,?3)=100 /100?3=57.73 式中N1、N2-装置的一次和三次绕组匝数。两者之比等于电压比。 图2-51 交流绝缘监视装置原理接线图 kV-电压继电器器 由于 57(73 × 15V,0(866kV?0(9kV 57(73 × 30V, 1(732kV?1(8kV 因此，当中性点位移电压达0.99, 1.8kV时，kV动作发出“接地”信号。 由上分析可见，只要电网三相对地电压不对称而使中性点发生位移，且位移电压达到kV的动作整定值，装置就会无选择地显示及反映。运行经验表明，除单相接地外，造成中性点发生位移的原因很多，如铁磁诺振、负荷严重不对称等。这种由于非接地原因，导致绝缘监视装置发出“接地”信号的现象，通常称为虚幻接地现象。研究虚幻接地现象对提高供电可靠性和运行人员的分析水平具有重要的实际意义。 【关闭本页】 绝缘监视装置的运行及异常现象 (一)具有零序电压互感器的配电网络绝缘监视系统运行分析 由上所述，采用零序电压互感器是防止中性点不接地电网由电压互感器铁芯饱和引起过电压的有效措施。然而，这种系统对配电网络中的各种异常反应与中性点接地的绝缘监视系统相比有些不同。下面将对这一绝缘监视系统作简要分析，供配电网运行人员在处理网络异常现象时参考。 1(运行分析 具有零序电压互感器的绝缘监视系统的接线如图2,40所示。下面根据该图来分析各种运行情况。 (1)网络对称。在对称网络中，电压互感器高压侧中性点与地同电位，低压侧中性点与地也是同电位;绝缘监视用相电压表指示对称电压;短路三角形电压之和为零;零序电压互感器不承受电压。“系统”反应与中性点接地绝缘监视系统一样。 (2)网络单相接地。如图2,62所示，零序电压互感器的高压侧与三相电压互感器的接地相(例如C相)绕组并联接地，中位点对地有零序电压U，其大小为接地相电压。方向与接地相0 电在相反，即U=-Uc零序电压互感器二次绕组感应出零序电压队，约58V。但是，电压互感器0 高压绕组还是承受打绝对称相电压，所以电压互感器低压倒所承受的电压与正常运行没有什么两样。线电压表指示正常电压。显然，相电压表由于叠加了零序电压U，才正确反应了网络绝0 缘的变化 Uae=Ua+Uo=Ua-Uc=Uac Uae=100V Ube=Ub+Uo=Ub-Uc=Ubc Ube=100V Uce=Uc+Uo=Uc-Uc=0 Uce=0 但是，在短路三角形里，由于加在电压互感器上的电压对称，所以电压之和为零。这点与中性点接地的绝缘监视系统大不一样。 (3)电压互感器高压侧熔丝熔断。 图2-62 网络单相接地及其相量图(a)接线图(b)相量图 图2-63 电压互感器高压侧一相熔断及相量图(a)接线图; (b)相量图 l)一相熔丝熔断。设B相熔丝熔断，不论是组式或三相玉柱式电压互感器，断熔丝的那相电压互感器，由于高压侧不承受电压，低压侧也不会感应出电压来。如图2,,63所示，熔丝良好的高压绕组各承受二分之一线电压，即A相绕组U/2，C相绕组承受U/2。中性点对地电ACCA 压，即零序电压互感器高压绕组承受的电压，其大小为熔丝断相相电压的一半，方向与其相反，即U=-U/2.出后。电压互感器的低压绕组与高压侧对应，各相绕组承受的电压为 0B Ua= U/2 U=50v aCAc Uc=Uca/2 Uc=50V Ub=0 零序电压互感器的低压侧电压为 Uo=50/tg60?=′28.9V 所以，相电压表较正确地反映了网络异常 Uae=(Uac/2)+Uo=Ua Uae=57.7V Uce=(Uca/2)+Uo=Uc Uce=57.7V Ube=Ub+Uo=Uo Ube=28.9V 电压互感器短路三角形里，由于故障相不承受电压，良好相电压又大小相等方向相反，合成电压为零，所以不反映不对称电压。 图2-64 电压互感器两相熔丝熔断及其相量图 (a)接线图;(b)相量图 2)两相熔丝熔断。若有两相熔丝熔断，例如 B、 C相熔断，如图 2,64?所示。网络对地电压Ue加在蒋丝良好相电压互感器和零序电压互感器的串联电路里，电压分配差不多各占一半A (因为电压等级相同的各种型式电压互感器的励磁阻抗相差不很大)，电压互感器二、三次侧熔丝良好相所对应的绕组只感受到正常相电压的一半。应该指出，闭合三角形回路里，熔丝良好相绕组的约 16.5V电压被另两个绕组所“短路”，但由于它们的高岸坝的开路(熔丝断)，二次侧负载又是高阻抗的仪表，所以“短路”电流很小(低于额定电流)，这样看来，熔丝良好相第三绕组里的电压实质上是被另两个第三侧绕组所分压。因此，断熔丝的电压互感器第三绕组可看作变压器的原边，它们的第二绕组看作副边，于是，第二绕组上的电压，在数值上只有良好相的一半，方向与良好相的相反。绝缘监视电压表指示 Uae=Uo+1/2Ua=Ua Uae=57.7V Ube=Uo-1/4Ua=1/4Ua Ube=14.4V Uce=Uo-1/4Ua=1/4Ua Uce=14.4V (4)网络不对称。单相对地电容减小(例如A相)，由于相对鸡电压与其电容量反比例 图2-65 网络不对称相量图 分配。所以，电容量减小的相对地电压增高，正常相的对地电压降低，最严重的情况是网络电源侧断相如民2-65所示。断，线相电源侧相对地电压为相电压的1(5倍，正常相对地电压只有相电压的?3,2倍，中性点对地电压提高到相电压的一半，方向与断相相电压相同。但是，电源侧三相电压互感器的高低压绕组承受的电压还是对称的，短路三角形电压之和为零。由于零序电压U0的结果，相电压表指示的电压反映了网络不对称程度 Uae=Ua+Uo=1.5Ua Uae=86.6V Ube=Ub+Uo=?3Ub/2 Ube=50V Uce=Uc+Uo=?3Uc/2 Uce-50V 若两相对地电容同样减小，这种情况发展严重时犹如单相接地，它与单相接地的区分，只能依靠电源侧电流是否平衡来进行判断。 三相对地电容都不一致，如图2,66所示，这种绝缘监视系统与三相电压互感器中性点直接接地反映的区别，在于互感器高低压绕组承受的是对称电压，因此，短路三角形回路里电压之和为零，而相电压也正确反映了网络的不对称程度。 图2-66 三相对地电容不平衡的相量图 上述三种情况，是在线电压都平衡的状态下得到的分析结果。 2(实用结论 (l)具有零序电压互感器的绝缘监视系统，和中性点接地的绝缘监视系统一样，能正确反映网络对地的绝缘程度。 (2)接地保护继电器的定值，如应反映断相，则接地继电器的起动电压不应大于20V。 (3)电压互感器三角形回路，基本不反映网络的任何异常，考虑到消除谐波电压的需要，还是实行短路。 (二)绝缘监视装置异常指示的分析与判断 6,35kV配电网的中性点一般是不接地或经消弧线圈接地，当线路发生接地时，运行人员根据绝缘监视装置(以下简称装置)的三相对地电压表指示大小，来判断电网各相对地绝缘情况。电网运行正常时三相对地电压表指示平衡。如果一旦装置回路本身发生问题时，如电压互感器(TV)回路熔断器熔断就会造成误指示，以下举例说明装置异常指示的判断方法。 1(绝缘监视装置发生问题时电压表指示情况 (1)TV熔断器一相熔断。1)单相;TV组成Y,Y, 接线。它的磁路系统为单独回路。如一00 次侧 A相熔断器熔断，二次a相无感应电压，但周TV负载另两相电压与a相形成一串联回路，a相对地有很小电压。a相二次熔断器熔断时也同样困TV有负载，a相有很小电压，电压表可能有一点指了。 12)三根五柱式TIV接成Y,Y, 接线，它的磁路系统是互相连通的。当高压侧A相熔断器00 熔断时，二次a相仍能感应一些电压，但a相电压值TV单相TV接线要高一些，二次熔断器断一相时与单相TV接线相同。 总的来说，高压或低压互相熔断器熔断，则它所接的电压表指示要降低，至于降低多少则根据TV负载和电网线路电容不同而有所差异。为便于分析现场问题，各变电所可进行实测。熔断器未熔断相的电压表计指示不会升高，当线班单相接地时三只电压表中接地相降低，另两相升高。一相完全接地时，接地相电压表指示为零，其他两相电压升高为线电压，如表2,5所示。 表2-5 一相熔断器熔断时的各相电压 故障性质 相别 A B C AB BC CA C相接地 线电压 线电压 0 正常 正常 正常 C相熔断 相电压 相电压 降低 正常 降低 降低 (2)TV熔断器两相熔断。 1)高压熔断器两相熔断时，则熔断的两相相电压很小或接近千零。未熔断一相的相电压接近于正常相电压。熔断器熔断的两相间线电压为零，其他线问电压降低，但不为零。 2)低压熔断器熔断两相时，则熔断的两相相电压降低很多，但不为零;未断的一相电压正常。熔断器熔断的两相间电压即线电压为零，其他电压降低;但不为零。如表2,6所示。 2(TV本身故障时表计指示及现象 当TV内部有故障或高压引线有故障时，则TV高压侧熔断器熔断。更换后再断，则应当查明TV本身有无故障，或是熔断器容量不够所致。此时表计指示与高压侧单相熔断器熔断相同。 表2,6 两相熔断器熔断时的备相电压 相别 故障性质 A B c AB BC CA 高压AB相熔断 降低 降低 正常 0 降低 降低 低压 ab相熔断 降低 降低 正常 0 降低 降低 3(正确判断是处理和消除故障的关键 ( 1)根据上面分析 TV回路出问题引起三相对地电压不平衡，电压表指示值只有降低，没有升高。如一相对地电压降低，其他两相对地电压一般也没有升高，这可判断为装置回路本身的问题。 (2)用验电笔验电，检测电网三相导线对地电位。若验电笔氖灯的亮度是相同的，则说明电网三相对他电位相等，电网正常。着装置的三相对地电压表指示不平衡，则说明是绝缘监视回路又身有问题，而不是电网发生了问题。 (3)已判断出装置本身回路问题后，再按如下办法确定是哪个部分发生问题: 1) TV开口三角有电压或启动过电压继电器来接地信号时，可能是 TV高压线因断线或高压熔断器熔断。 2) TV开口三角没有电压，过电压继电器不动作，不来接地信号，一般是 TV低压回路断线或低压熔断器熔断。 3)为了确定哪个熔断器熔断，可根据上面分析按三相对地电压表指示值确定。也可使用验电笔在高压熔断器两端验电查明。 【关闭本页】 电压互感器的一次侧熔丝熔断后为什么不能用普通熔丝代替, 答:以10kV电压互感器为例，一般在10kV电压互感器的一次侧常采用RN2或RN4型熔断器作为电压互感器的保护。其熔丝的额定电流为0.5A，1min内的熔断电流为0.6,1.8A。这两种熔断器的熔断管均采用石英砂填充，因而具有较好的灭弧性 能和较大的断流容量。由于它的熔丝是采用镍铬丝材料制成，总电阻约90Ω左右，因而具有限制短路电流的作用。若用普通熔丝代替，当电压互感器因故障或其他原因使普通熔丝熔断时，既不能限制短路电流，又不能熄灭电弧，很可能烧毁设备，甚至酿成更大的系统停电事故。所以，当电压互感器的熔丝熔断后，应换用合格的熔丝而不能用普通熔丝代替。 单相接地故障与其它故障的鉴别 故障类型 各相对地电压的特征 故障相 单相安全接地 一相电压为零，两相电压升高为线电压 电压为零的相为接地相 一相电压降低但不到零，两相电压升高但不相等(其中一相不超过线电压，另一相可略超过线电压) 电压降低相为接地相 单相不完全接地 一相电压升高但不超过线电压，两相电压降低但不相等(除K=0.5外) 中性点不接地和欠补偿网络，电压最高相的下一相为接地相;对过补偿网络，电压最高相的前一相为接地相 单相断线 一相电压升高，不超过1.5U相，两相电压降低且相等，不低于0.866U相 电压升高相为断线相 两相断线 一相电压降低但不为零，两相电压升高且相等，不超过线电压 电压升高的两相为断线相 基波谐振 一相电压降低，两相电压升高超过线电压 分频谐振 三相电压均升高，过电压数值较小 高频谐振 三相电压均升高，过电压数值较大 电压互感器一相高压熔断器熔断 一相电压表指示降低接近于零，两相电压表指示基本不变，接近相电压 电压降低的一相为熔断相 电压互感器两相高压熔断器熔断 一相电压表指示基本不变，接近相电压，两相电压表指标降低接近于零 电压降低的两相为熔断相