防諧振電壓互感器原理說明

1、防諧振電壓互感器原理說明關(guān)于“ 4PT ”防諧振措施的說明概述在 35kV 及以下電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中， 作絕緣監(jiān)視的電磁式電壓互感器由于鐵磁諧振導(dǎo)致破壞是一種普遍現(xiàn)象。長(zhǎng)期以來，電力系統(tǒng)為防止這種破壞研究并采取了很多措施， 并在電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中 （例如：DL/T620-1997交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合 ) 作了一些推薦性的規(guī)定。上世紀(jì) 80年代末期以來，大連電業(yè)局采用了在電壓互感器高壓側(cè)中點(diǎn)經(jīng)一個(gè)互感器接地的接線方式，消諧效果較為滿意，后來很多地方也相繼采用，此稱“ 4PT” 防諧措施。該措施目前已經(jīng)成為一種較為通行的方法，但也在不斷完善。以下就消諧原理和效果作簡(jiǎn)要說明?！?PT”

2、接線圖“4PT ”接線（基本的原理電路）如圖 1。圖 1 中 AN,B N,CN是三個(gè)單相電壓互感器，應(yīng)是全絕緣但按相壓設(shè)計(jì)的接地電壓互感器，本身有一個(gè)二次繞組（未畫出）和一個(gè)剩余電壓繞組，N接地為一個(gè)獨(dú)立的單相電壓互感器，該互感器可以是全絕緣結(jié)構(gòu)，也可以是半絕緣結(jié)構(gòu)，一般有兩個(gè)線圈，一個(gè)是二次繞組，一個(gè)是剩余電壓繞組，剩余電壓繞組有的是和普通的，即和接成星形的主 PT一樣，但原理上其額定電壓應(yīng)為 100V。消諧機(jī)理“4PT”接線的防諧機(jī)理，簡(jiǎn)單的從穩(wěn)態(tài)分析，即當(dāng)單相接地時(shí)，互感器中點(diǎn)對(duì)地有相電壓產(chǎn)生， 而主 PT 仍處于正序?qū)ΨQ電壓之下， 互感器電感并不發(fā)生改變，在零序回路中僅有單相電壓互感

3、器一種磁化電感，從根本上破壞了鐵磁諧振的條件。3.1 穩(wěn)態(tài)分析如圖 1，當(dāng)系統(tǒng)在 C 相“ D”點(diǎn)發(fā)生對(duì)地短路（死接地） ，主電壓互感器電壓不變，中點(diǎn)對(duì)地產(chǎn)生相電壓，簡(jiǎn)單推導(dǎo)如下：在 NCD N 回路里，因 U=0，可得UN =-U C（UC為電源相電壓，即UCN ）在 NBBN 回路里，因 U=0，得UN=UN =-UC這就是說，單相接地，互感器中點(diǎn)對(duì)地有相電壓產(chǎn)生。在 DC ND 回路里，因 U=0，可得UC N=-U N=UC 即接地相電壓互感器仍為相電壓，與 U和 U仍組成三相對(duì)稱ANBN電壓系統(tǒng)。這時(shí)， A，B對(duì)地電壓為UA =UA N +UNU=U+UBBNN據(jù)（ 1）和（ 2），

4、（3）式相量圖如圖 2，二次電壓與一次相對(duì)應(yīng)，圖 1 中，電壓表 Ua,Ub,Uc 反應(yīng)的是每相電壓與中點(diǎn)對(duì)地電壓的相量和，可以看出，接地相的電壓表理論應(yīng)為 0，即反應(yīng)了接地相別。單相接地后中點(diǎn)對(duì)地的電壓互感器（也稱為零序電壓互感器）有相電壓加在一次繞組上，其剩余電壓繞組的電壓輸出，驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作而報(bào)警。零序電壓互感器的剩余電壓繞組， 其額定電壓是 100V 時(shí)，則電壓繼電器的整定值按常規(guī)確定， 如果是 100/3V 時(shí)，則電壓繼電器整定值應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整。主 PT 的剩余電壓線圈接成閉合三角形， 在穩(wěn)態(tài)下三相電壓對(duì)稱， 開口角回路無(wú)電壓，可以將其短接，同時(shí)，閉合三角形可以消除零序磁通（包括三次諧

5、波）導(dǎo)致正常運(yùn)行時(shí)的三相電壓不平衡和繼電器回路電壓超標(biāo)的現(xiàn)象。3.2 暫態(tài)分析當(dāng)系統(tǒng)接地消逝后， 健全相積累的電荷必須經(jīng)電壓互感器(其中點(diǎn)接地）對(duì)地放電，使電壓恢復(fù)到正常的電壓下，這個(gè)暫態(tài)過程所產(chǎn)生的電流比正常電流大很多倍， 使互感器鐵心飽和， 如果系統(tǒng)電容與電感參數(shù)合適就發(fā)生諧振，如果系統(tǒng)電容很大，不發(fā)生諧振，但這時(shí)的過電流可使高壓熔斷器熔斷。這種放電電流頻率很低， 幅值大，我們稱為超低頻振蕩電流， 這種電流的危害目前在系統(tǒng)中也是很普遍的 （系統(tǒng)電容比以往大）。其暫態(tài)過程的等值電路如圖3所示。如圖 C0 是系統(tǒng)線路每相對(duì)地電容， R1，L1 分別為主 PT 的電阻和電感（飽和時(shí)），R0，L0

6、 是零序互感器的電阻和電感， UC是電弧熄滅瞬間的電壓。當(dāng)沒有接入 R0，L 0 時(shí)，即電壓互感器中點(diǎn)直接接地，該放電電流是一個(gè)自由振蕩電流，其振蕩電流分量 i可求得這個(gè)電流，某些高校通過對(duì)實(shí)際線路參數(shù)及互感器參數(shù)進(jìn)行仿真計(jì)算，其結(jié)果是：頻率（ 1）只有幾赫茲，幅值可達(dá)528 倍額定勵(lì)磁電流值，最大峰值達(dá) 0.31.35A，這很快使高壓熔斷絲熔斷，時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)會(huì)危及繞組絕緣。如果接連消逝時(shí)，電弧不能熄滅而出現(xiàn)重燃后，這個(gè)電流更大。顯然，當(dāng)中點(diǎn)經(jīng)互感器接地后，由于互感器的電阻和高電抗，使電流得到有效的抑制。仿真計(jì)算和動(dòng)模試驗(yàn)，及電網(wǎng)試驗(yàn)（大一互試驗(yàn)結(jié)果）的結(jié)果都證明。 “4PT”接線對(duì)抑制這種超低

7、頻振蕩電流是很有效的措施?！?PT”方式在國(guó)外的應(yīng)用俄羅斯已將這種接線方式作為過電壓保護(hù)的一種必需措施寫進(jìn)過電壓保護(hù)手冊(cè)中。參見61150kV 電網(wǎng)雷電和內(nèi)過電壓保護(hù)手冊(cè) 圣彼得堡 出版社 1999。該手冊(cè)中提出“避免絕緣監(jiān)測(cè)電壓互感器故障的根本措施是采用抗諧振電壓互感器（ HAM -635）”。HAM 型抗諧振電壓互感器的原理電路如圖 4。該手冊(cè)說“在運(yùn)行的電網(wǎng)中對(duì) HAM 互感器的全部抗諧振特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性檢驗(yàn)”，并且說”HAM 抗諧振電壓互感器與任何長(zhǎng)度的空載母線和線路的電容諧振，不限制時(shí)間地承受電網(wǎng)任意種類的單相短路，其中包括經(jīng)過斷續(xù)電弧的短路，以及裝在其他變壓器（電力變壓器或電壓互感

8、器）的電網(wǎng)電容鐵磁諧振引起的電壓升高”。改進(jìn)方案大連第一互感器有限責(zé)任公司和零序科技有限公司，對(duì)此前所采用的“4PT”消諧方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)和試驗(yàn)驗(yàn)證，并已獲得專利權(quán)。優(yōu)化改進(jìn)的方案是： a.接線方式改進(jìn)，即將主 PT 的開口角回路與零序 PT 的一個(gè)補(bǔ)償繞組串聯(lián)后接電壓繼電器，如圖 5 所示。 b.零序電壓互感器區(qū)別于主 PT 的參數(shù)設(shè)計(jì)，增大了直流電阻與交流勵(lì)磁阻抗。優(yōu)化改進(jìn)方案的優(yōu)點(diǎn)： 避免主 PT 在開口角回路短接， 因電容放電電流使開口角繞組熱容量不夠而燒壞的隱患， 測(cè)量零序電壓準(zhǔn)確， 消除主 PT 采用開口角開路方案的固有的正常運(yùn)行時(shí)三相電壓不平衡及零序電壓超標(biāo)現(xiàn)象，有效地抑制超低頻振蕩電流，消除熔斷器頻繁熔斷現(xiàn)象。優(yōu)化方案中的主 PT，也可以重新設(shè)計(jì)制造，但考慮已有變電所的改造，主 PT 仍使用現(xiàn)在常規(guī) PT，零序 PT 則按優(yōu)化參數(shù)新設(shè)計(jì)，有兩個(gè)繞組，一個(gè)是額定電壓 100V，另一個(gè)是 100/ 3V。建議如用戶采用 4PT 消諧方