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电压互感器铁芯饱和谐振过电压的分析
作者：威博特铁芯 发布时间：2019-03-30 15:01:38 浏览次数： 对于内部电压互感器铁芯饱和谐振过电压现象，许多变电工作人员缺乏理性认识，由于饱和谐振过电压尝尝发生在外部条件的激发下，因此高压熔断器熔断、互感器喷油冒烟、油开关壁管闪络等事故，都认为是外部原因造成的，从而把内部过电压造成的事故误判为外部过电压事故。犹豫判断失误，也就不可能找到正确的预防措施。
1、铁芯饱和谐振过电压产生的原因
铁芯饱和谐振事故实例：
某变电所接线图如图1所示。正常运行时，1#变带10kV I段母线，2#变带II段母线，10kV母联开关12断开；1#变停运时，合12开关，由2#变向10kV I、II母线供电，约半小时后，10kV系统A相接地，现地的电压表选测指示：Ua=0，Ub和Uc均指示11kV。PT柜上有接地信号继电器动作、接地白灯亮。按照运行规程，运行带接地故障运行2h，运行人员发现母线电压互感器喷油冒烟，经判断后，拉出PT柜，在操作时，电弧造成母线相间短路，2#变断路器跳闸，烧毁电压互感器13台。
2、事故原因分析
网络接线图和等值图如图2所示，Ea、Eb、Ec为三相对称电源电势，L1、L2、L3为电压互感器激磁电感。C0为相导线和母线的对地电容，Z1为负载阻抗。在正常情况下，对于6kV~35kV系统来说，其负荷均为三相负荷，不存在相负荷的问题，故三相负载是相同的，各相对地的电容是相等的，各项的电压是对称的。
在不接地系统，当发生单相接地，电压的大小和相位维持不变，所以对负载没有任何影响，等值图简化见图3。
电压互感器激磁电感为L1=L2=L3，C0与L并联后的导纳分别为Y1、Y2、Y3，故Y1=Y2=Y3，电网中性点的电位为零，此时铁芯不饱和，ωL>1/ωC0，即电容电流大于电感电流，相当于一个等值电容C'0，三相均一样。
由于铁芯电感线圈是一个非线性电感元件，当加在线圈上的电压增加，使通过线圈的电流增大时，激磁电感值由于铁芯饱和而不断下降，所以某种原因线路中A相发生间歇性单相弧光接地，使得相B和相C电压升到线电压，致使互感器中两相的激磁电流几句增大而发生饱和，磁电感相应减少，这时，B相和C相的ωL<1/ωC0，电感电流大于电容电流，L与C0并联后相当于一个等值电感L，而A相仍保持一个等值C0。如图4所示，于是三相导纳就不对称了，三相对地负荷变的不平衡，电网的中性点不再是地电位，而产生了位移电压U0。
即：Uo=一(EaYa^+EbYb+EcYc)／(Ya+Yb+Yc)
这时B、C相位电感性导纳：Yb=Yc=-1/jωL'，结果感性导纳与容性导纳互相抵消，使总导纳Ya+Yb+Yc显著减少，位移电压U0大大增加，如果参数配合不当，恰好使总导纳接近于零，就产生了串联谐振现象。产生过电压和过电流。前述母电压互感器喷油冒烟，互感器烧损，就是过电流所致，如果在此时，电压互感器在断口处产生弧光，造成母线相间短路，就会造成全场失电事故发生。
饱和谐振可以有几种激发条件造成。雷雨期间，因雷击或风雨造成线路发生弧光，接地是遇到的激发因素。此外，有时在电源对只带电压互感器的空母线突然闭合闸，系统运行方式的突变，负荷发生较大的波动等情况时也会激发起谐振。所有的外界因素干扰致使电压互感器铁芯饱和，导致铁芯内部谐振过电压。
串联谐振过电压会产生很高的过电压和过电流，实验测量证明， 电压互感器饱和过电压可高达3.5倍相电压，过电流值可高达100%额定电流值。
造成电压互感器饱和谐振的原因，主要是铁芯质量低，使用低质硅钢片，使铁芯工作点接近饱和区，装有激磁特性高饱和的电压互感器的电网的匹配和谐振电源，表1列出了通过计算和模拟实验所得的有关参数。10kV架空对地电容按0.04A/km估计，电缆接地电容电流取1.6A/km，并考虑变电所设备使得总的对地电容增值15%，电压互感器的激磁感抗，可由实测伏特曲线求得。
从表1可见，无论10kV I、II段母线单独运行或并联运行，Xc/Xm>0.01，均处于谐振范围内，只要具备激发条件，就会产生铁芯谐振现象。