农网10kV PT抗谐振改造
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摘要：农网35kV变电站现在基本上实现无人值班，其所属的10kv系统大都是中性点不接地系统，10kV母线上都装设一组pt，其一次线圈的中性点直接接地，由于电网对地电容与PT 的线路电感构成谐振条件,PT感抗显著下降, 励磁电流急剧增大,可达到额定值的数十倍,在运行中发生线路接地时经常出现铁磁谐振现象,引起过电压或烧断PT 高压保险,其至在运行中出现过PT 烧毁或一次侧零相瓷瓶内部引线烧断的现象。
关键词：农网；PT；抗谐振；
中图分类号：TM411+.4 文献标识码：A 文章编号：
目前常用的PT消谐方法效果不是很好。一是PT开口三角绕组接电阻。二是PT开口三角绕组接分频消谐装置。在实际运行中,上述两种装置不能有效避免谐振的发生及保险熔断。在谐振发生或线路单相接地时PT一次侧电流显著增大及因本身元件故障而失去消谐作用是上述两种装置的主要缺陷。虽然PT中性点接入消谐电阻后, 可以限制系统在一相接地或弧光接地时流过 PT另两相的高压绕组的过电流，但并不能完全杜绝线路单相接地时消谐电阻及PT的烧毁，消谐电阻只在一定范围内有效。
通过现场运行的实践，我们发现在中性点串单相PT 的方法,在线路单相接地时能够使PT 各相绕组电压均能保持在正常相电压附近而不会饱和,从而很好地抑制铁磁谐振,降低PT一次侧电流,同时亦保持了接地指示装置对零序电压幅值和相位的灵敏度。
1中性点不接地系统铁磁谐振的机理及特点
1．1铁磁谐振的产生
中性点不接地系统中TV接入系统的接线图如图1所示。
当出现激发条件时，TV中暂态励磁电流急剧所不同，网络中性点出现零序电压，三相TV中产生零序电流，经电源形成回路，简化等值电路如图2所示。
当Ln与3 C0在某频率下参数值匹配时，得以流通，从而在3 C0上建立与各相电源电压叠加，产生过电压，维持TV饱和，从而形成持续一段时间的铁磁谐振。
1．2铁磁谐振的特点
根据研究，当TV饱和时，励磁电抗Xm与系统正序容抗无关，只和系统对地的零序容抗X0有关，且当XC0／Xm＜0．01时，不发生谐振；随着（XC0／Xm）的增大，依次发生1／2分频、基频、三倍频谐振，相应地，发生谐振所需的外加电压也逐渐增大。由于运行中的一般都是额定相电压，因此1／2分频时较多发生基波谐振，高次谐波的谐振较少。分频谐振的频率并非严格等于1／2次，分频谐振时，铁心高度饱和，励磁电流剧增数十甚至一百倍，导致TV烧毁或保护用熔断器熔断。
2消除铁磁谐振的措施
消谐应从两方面着手，即改变电感电容参数和消耗谐振能量。人们据此制订了多种消谐措施。
2．1TV开口三角两端接电阻器R
R相当于接到电源变压器的中性点上，故其电阻R越小，越能抑制谐振的发生。若R＝0，即将开口三角两端短接，相当于电网中性点直接接地，谐振就不会发生。消除分频谐振时R要最小。使用该措施时应注意：
系统中每台TV开口三角均接电阻器时措施方有效。
对于6～10 k V电网，当TV饱和特性较好时此措施比较有效。
装设于互感器开口三角绕组的阻尼电阻一般对35 kV和66 k V系统效果较好，可固定投入，也可用零序电压继电器将电阻器短时投入，1 min后自动切除。
R采用白炽灯泡时，由于谐振经常在单相接地消失后产生，白炽灯泡因发热而使其电阻显著增大，所以此时不起消谐作用。
当电压等级越高或TV饱和特性越差时，要求的R越小。因而发生持续稳定的单相接地故障时，R的额定功率不易满足要求。
当系统电容三相不对称，或TV一次非全相熔断器烧断时，在对称状态下可以抑制的谐振，在不对称时仍有可能谐振，此时需减小R才能抑制谐振。这是因为：电容不对称时，除了网络会有较大的不对称电压外，由于电容的减小导致容抗增大而易进入谐振区；TV一次非全相熔断器烧断时，它的并联电感有所减少，但由于二次侧电压降低，R反应到一次侧的电阻增大得较快，从而降低了电阻器的阻尼效果。
由于R是接在开口三角两端，因此这一负载必定同时加在三角绕组和一次绕组上，这就要求TV要有足够的容量，尤其是在间歇性弧光接地时，由于R的接入，将使流过一次绕组的电流显著增大，增加了TV烧损的可能性。
为了使TV不因电压升高而进入饱和状态，应根据TV的容量选择电阻的额定功率。
现在许多二次侧消谐装置实质是对在开口三角两端接入电阻器的改进，其原理多是首先鉴别高频、基频、分频谐振，然后用电子电路实现不同的消谐措施以达到消谐目的。然而，在实际应用中，由于原理及装置的可靠性欠佳，这些装置的运行情况并不理想。
2．2TV一次侧中性点经电阻器R0接地
该措施除了能限制TV中的电流，特别是限制断续弧光接地时流过TV的高幅值电流外，亦能减少每相TV上的电压。使用该方法时应注意：
电阻器R0的电阻R0不能太小，也不能太大，否则单相接地时，开口三角电压太低，影响接地指示灵敏度及保护装置的正确动作。
若网络中必须有多台高压侧中性点接地的TV同时运行，则必须每台TV均在中性点安装消谐电阻器方有效。
电阻器的额定功率须较大，一般采用额定功率相当大的非线性电阻器与线性电阻器串联。非线性电阻器在低电压下电阻较大，还能阻止谐振发展。
该措施与TV开口三角绕组并接R并非完全等价，对于系统三相电容严重不对称或TV一次非全相熔断器烧断等异常情况均可有效消谐。
当系统发生单相接地故障时，R0上将有超过几千伏的高压，此时不能使用中性点绝缘较低的TV。若35 kV系统使用的TV中性点绝缘水平为低压级，则TV绝缘有可能承受不了过电压。
2．3TV一次侧中性点经零序TV接地
这种措施在部分地区有成功经验，其原理是提高TV的零序励磁特性，从而提高TV的抗烧毁能力，已有厂家按此原理制造抗谐振TV。
但是应注意到，TV中性点仍承受较高电压，且TV在谐振时虽可能不损坏，但谐振依然存在。PT一次侧中性点经零序PT接地,其原理是提高PT的零序励磁特性，目的是防止系统发生单相接地或其它原因使电压互感器铁芯饱合，引起谐振过电压，保险熔断，从而提高PT的抗烧毁能力，若中性点串入PT的励磁电抗远大于各相PT的励磁电抗，则效果更佳。此时加在非接地相、故障相、中性点PT的绕组的电压全部等于相电压，肯定不会饱和，而且接地指示装置可获得的输出电压可达100 V。
假设L0与L1、L2、L3具有相同的伏安特性，则此时PT的励磁电抗Xm=XL1+XL0' ，所以L0的接入主要有以下三个优点：
Xm显著增大，比较易实现XC0/Xm≤0.01这个条件，使系统扰动时不致于发生谐振。
L0接入后，加在非故障相PT绕组的电压下降至接近相电压，不会饱和，从而杜绝了谐振的发生。
由L0二次绕组电压继电器作接地指示装置，在单相接地时其输出电压为75 V，可按此值进行整定计算，从而保证了接地指示装置的灵敏度。此时加在非接地相L1和L2、故障相L3、中性点PT的L0绕组的电压全部等于相电压5.77 kV，肯定不会饱和，而且接地指示装置可获得的输出电压可达100 V。
在中性点串电阻时开口三角绕组输出电压仅为原来的67.9%，而串消谐器时则达到98.4%，比较之下串消谐器后对接地指示装置的影响较小；同时PT中性点串电阻或消谐器后，非故障相绕组的电压虽有降低，但幅度不大，其中一相绕组的电压更接近线电压，进入饱和区域，其消谐作用似乎不大。PT一次侧中性点经零序PT接地,这种措施在我单位变电站改造中有成功经验，在完成我单位6座变电站10kVPT的抗谐振改造后，未发生一次因为线路接地引发的PT谐振烧毁PT事故，有的变电站综自装置记录的谐振过电压时间长达10多分钟，但PT仍正常工作。
我单位PT经技术改造后，如上所述能够满足正常工作的要求，接地指示装置也可获得标准的输出电压，满足电压测量保护的要求，同时避免了PT的频繁烧毁事故，为我局节约了大量资金，保证了电网安全运行和可靠供电。