【综保怎么调电压】现场电压互感器保护技术的研究与设计

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2015年，第12期《电气技术》杂志上记载，晋城煤炭产业集团供电分公司王台35kV变电站电压变压器经常燃烧的现象。本文设计了电压互感器保护技术，有效地避免了电压互感器燃烧问题。

我国3 ~ 35KV中压供电分配系统主要采用中性点不有效接地方式，其电力可靠性是远高于中性点有效接地的供电分配系统。从多年的运行经验和近年来中压供电分配系统的发展情况来看，中性点非有效接地方式也给中压供电分配系统带来了一些问题。中性点非有效接地系统发生单相接地故障时，通常以电弧接地形式出现。此时，非磁场相位线路对接地电压最高可达3.5倍，系统的过电压经常会在系统绝缘薄弱的地方引起绝缘带接地闪光[1-3]

电磁电压互感器(PT)具有非线性电磁特性。PT铁芯因雷电过电压、操作过电压、接地故障恢复和PT本身不同时段肺部而饱和，电感急剧减少，容易引起系统参数和复杂的磁铁共振，产生高频、频率、低频共振过电压。同时，PT核心的饱和在大的涌流和接地故障恢复时，通过PT的低频振荡电流会使PT保险丝融化，严重时PT可能会燃烧[4-11]。

1提出问题

晋城煤业集团旧区35kV系统存在过电压引起的PT燃烧、高压保险丝熔断等问题，多年来一直没有得到有效解决。特别是在该35kV系统上运行的王台35kV变电站，自启动以来连续10多年在系统接地后多次燃烧，高压保险丝也经常融化，严重威胁设备和电网的安全运行。王台35kV变电站往年PT燃烧及保险丝熔断情况见表1。

表1年PT燃烧和保险丝溶解统计表

最近的事故发生在2013年09月07日23:06分，王大35kV变电站运营值班人员在监审时发出背景机警报“23:06336040 35KV 段总线电压UAB上限，23:07336015 35kV段总线电压UAB上限-上限，23:073333015。

从电压峰图来看，35kV II段A上电压为15.2kV、B、C两相电压正常(21.6kV左右)，初步判定为A上保险故障，然后去35kV室发现室内有烟味和异味，进行风扇通风后检查35KV II段PT、A上保险和A上PT本体爆炸。现场PT损坏(请参见图1)。

图1PT现场损坏

2原因分析及保护方法研究

仿真和动态仿真的测试结果表明，PT的典型故障主要是在消除单相接地故障后，故障相电压从接地电压上升到相电压，正常相从导线电压下降到相电压。伴随着这些各相电压的变化过程，需要重新分配存储在电网各相对电容中的电荷。在中心点无效的接地系统中，只有PT中性点接地，因此这些电荷必须通过PT绕组和中性点才能构成电路。

PT磁电抗的电感在这个由系统相对电容和PT绕组磁电抗组成的振动电路中非常大，因此电路的振动频率非常低。结合PT铁芯的饱和特性，PT的冲击励磁电流可以达到较高的值。图2显示了：

图2PT中的励磁涌流测试波形

图中蓝线是通过PT的电流，最高可达4.2安培，振动频率为5Hz。PT保护引信的额定电流一般为0.5A。因此，燃烧PT保险丝或伤害PT本身的可能性很大。为了限制这种冲击励磁电流保护PT，可以在PT中性点连接非线性电阻，在电网正常工作的情况下用接触器进行短切，避免影响PT的测量精度。

这个接触器在电网发生单相接地故障后才断开，电网正常运行后迅速断电。如图3所示，在PT中性点安装保护装置后，可以有效地抑制冲击涌流的实验波形。

在图3PT中性点安装保护装置后，可以有效抑制冲击涌流的实验波形。

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3 保护设计

PT高速组合式保护装置:采用非线性电阻并连接触器的一次侧保护装置和为防止PT开口三角输出虚假过电压信号二次侧保护装置相结合的方法,能快速有效防止各种PT故障的发生。并且能够防止微机综保接受到虚假过电压信号。PT高速组合式保护装置如下图4所示：

图4PT高速组合式保护装置示意图

一次侧保护装置（PTB）：在PT的中性点使用碳化硅非线性电阻和真空开关并联串接到地排。系统正常运行时真空继电器K闭合旁路碳化硅电阻（SiC）相当于PT的中性点接地，完全抑制系统的测量开口的电压偏移，不影响系统的测量和保护。

电压互感器发生铁磁谐振时，中性点产生位移，使三相电压不对称，在开口三角两端产生零序电压，互感器高压绕组流过零序电流。控制系统发出命令使K断开将SiC投入，有效抑制系统的谐振，接地故障恢复后K延时闭合有效抑制系统的涌流和低频谐振。

二次侧保护装置：高速全频二次消谐器将微机技术用于电网消谐，利用计算机快速、准确的数据处理能力实现傅立叶分析，其选频准确。通过对PT三相电压及开口三角电压的采集，对电网谐振时的各种频率成份能快速分析、处理。

通过微机控制可控硅导通和关断，使PT二次绕组形成有效零序电流流通通道。这个零序电流是对高压绕组中的零序电流所建立的磁通起去磁作用。二次零序电流接近PT二次绕组短路电流，去磁效果非常好。但控制时间短，周期执行3到5次。如下图5所示：通道2为开关信号，通道1为零序电压信号。

图5二次零序电流接近PT二次绕组短路电流时去磁试效果验波形

母线大能容过电压吸收器：当投切空母线时，母线处在无过电压保护状态中。往往易于引发多种大能量的过电压，危及PT的正常运行。因此需要在母线侧加装大能容过电压吸收器。

电压互感器：选用高质量，2倍以上饱和点的全绝缘电压互感器；柜体结构：选用标准开关柜体，加装隔离刀闸和保护熔断器。

设计后PT柜体内一次主接线如下图6所示：

图6 PT柜体一次接线图

4 现场应用

2015年4月6日11:52，挂网运行于老区35kV系统上的凤凰山站35kV站变Ⅱ高压进线电缆C相电缆头绝缘击穿引起接地，引起老区35kV系统Ⅱ段母线C相接地，同时长时间接地引发电缆着火造成弧光短路（B、C相短路）。

王台35kV变电站PT保护装置于11:52:15.928采集到波形如图7所示。从图中可以看出，C相电压降低时，A相、B相电压升高且发生畸变，零序电压3U0明显升高。单从波形可以说明C相接地。

图7PT保护装置故障录波波形

11:52:16.091装置采集到Ua=83.72V、Ub=80.34V、Uc=31.05V、3U0=150.17V、F=12.10，报低频谐振，低频谐振出口情况如表2所示。

表2低频谐振出口情况

11:52:18.959装置采集到Ua=85.21V、Ub=112.83V、Uc=22.15V，3U0=98.58V，报弧光接地，C相弧光接地出口情况如表3所示。同时王台35kV变35kVⅡ段PT智能开关PT正确动作，消谐电阻投入。

表3C相弧光接地出口情况

综上所述，王台35kV变电站PT柜改造后，在2015年4月6日接地事故中智能开关投切电阻正确，装置波形及装置出口情况和现场事故现象基本一致。接地事故当天，运行人员对PT进行了仔细检查，未发现明显异常。

2015年4月15日试验人员对PT进行试验，试验结果是PT完好。由此可以看出，该电压互感器保护技术有效解决了电压互感器烧毁问题，保证系统的安全运行。

5 结论

35kV中性点不接地电网中PT铁磁谐振时产生的过电压常使设备内绝缘击穿、外绝缘放电，且会因事故处理不及时，造成事故扩大；电网中弧光接地使PT经常烧毁；母线上Y0接线的PT一次绕组将成为该电网对地唯一金属性通道，单相接地或消失时，电网对地电容通过PT一次绕组有一个放电的过渡过程，试验测得此时常常有最高幅值达数安培的工频半波涌流通过PT，此时电流有可能将PT高压熔丝（0.5A）熔断。

目前上述问题的处理方案是采用PT一次中性点增加一次消谐器，这个方案对抑制PT涌流有较好的效果，但对于因系统参数的变化导致复杂的PT谐振却没有什么效果。

本文通过对电压互感器保护的研究与设计，采用智能开关与一次消谐器配合使用，当系统正常运行时智能开关闭合，一次消谐器被短路的同时，电压互感器中性点直接接地，当系统遭受弧光接地等异常情况时，智能开关打开，一次消谐器接入中性点，从根本上解决了系统单相接地故障消除后、三相电压恢复平衡时、系统对地涌流通过PT一次中性点造成PT熔丝熔断或PT损坏的问题。能够有效解决PT烧毁问题，对加强电力系统运行维护管理，保障电网安全、稳定和可靠运行具有积极作用。

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