35kV电网单相接地引起电压互感器故障

35kV电网单相接地引起电压互感器故障

许东伟

许东伟

（国家新闻出版广电总局六五四台）

摘要：随着国家社会经济水平的不断提升，推动了我国电力行业的进一步发展，电网建设规模亦随之扩大，而近年来35kV电网建设亦不断增多，但其单相接地极易引起电压互感器出现故障，从而影响到整个电网的正常运行。35kV电网单相接地引起电压互感器的损坏而导致中性点不接地系统不能正常运行，这时则应建立单相接地故障发生及消除过渡过程等效电路。本文分析了35kV电网单相接地引起电压互感器故障，并提出了实用性处理策略，为35kV电网运行水平的提升提供参考依据。

关键词：35kV电网；单相接地；电压互感器故障

35kV变电站中的各个母线分段上都会装设相应的电压互感器，以此为此母线的各个分支二次系统提供三相对地电压和线电压与零序电压信号，其间电压互感器主要强调的是监视、测量、调节、保护。35kV电压互感器高低压侧会装设熔断器，以此保证整个电路不会产生短路故障，通常于未发生短路时熔断器熔断动作称为误熔断，其可迫使电压互感器停止工作，这也说明熔断器误熔断及电压互感器故障都会影响到电网的运行。因此，分析35kV电网单相接地引起电压互感器故障，对整个电网的正常运行有着极大现实意义。

一、35kV电网单相接地引起电压互感器故障简析

35kV中性点不接地系统中的电压互感器连接着一次和二次系统，是整个电路安全运行保障的重要电气设备，可对电网进行全方位测量和监视，并对此进行适宜的保护与控制。如果35kV中性点不接地系统出现单相接地故障时，则无需即刻切断故障，从而持续运行2个小时，其间的电压互感器和熔断器被损坏而发生故障时，会影响到35kV电网的正常运行。

电压互感器是带铁心的电感元件，如果电力系统因某些影响，而使得电压互感器磁通饱和，其铁心绕组电抗值则发生变化，从而和电力系统电容组成谐振电路。通常电压互感器饱和产生的铁磁谐振过电压而使得电压互感器被损坏，这时就应加强系统对地电容，从而快速离开谐振区域，尽可能避免出现铁磁谐振的问题。

随着国家电网建设规模不断扩大，加上大范围运用电缆而替代传统架空线路，这使得系统线路对地电容增加，这时整个电力系统相关参数则大于铁磁谐振区域，实际上是应降低铁磁谐振发生频率，同时电压互感器故障发生率就会降低，但实际工作中的电压互感器故障仍在不断发生，从而发生电压互感器故障，且线路亦产生接地现象。

二、35kV电网单相接地引起电压互感器故障分析

1、单相接地故障产生时的暂态过程

如果产生单相接地故障，则故障相对地电压为0，而非故障相对地电压升至为线电压；若接地故障不稳定，则渐变成为间歇性接地，其非故障相对地电压会于相电压和线电压间转换。当发生单相接地时，非故障相端电压突变为线电压，铁心进入饱和区域，在绕组中产生励磁涌流。当铁心进入深度饱和，其涌流可以达到稳态电流的数十倍，其发热量足以造成电压互感器损坏。

2、单相接地故障消失后的暂态过程

正常情况下，中性点不接地系统中线路对地电容相同，三相电容电流之和为零。当单相接地故障消失后，非故障相多余电荷可通过两个回路进行充放电因电容电压不能突变，在故障消失瞬间，非故障相电容电压为线电压，单相电容电压为零。非故障单相对地电容与单相电压互感器高压绕组构成放电回路，非故障单相对地电容电压降低，单相故障消失，对地电容恢复，电容电流需恢复到正常运行水平，通过回路进行充电。两个回路的充放电过程不断进行，直到各相恢复相电压。

当单相接地故障消失后，非故障相的电荷主要在回路流通。因此，采用故障状态的稳态过程和暂态过程叠加对故障消失后非故障相的电容电流进行充电、放电分析。故障消失后的过程等效为单相接地故障时的稳态电路和故障消失后暂态过程的叠加，由于在电压互感器高压绕组中出现频率为相应的自由振荡分量，则在铁心中产生相同振荡频率的振荡磁通，绕组中会出现相应自由振荡磁链，磁链在振荡磁链作用下，电压互感器的铁心将每半个周期出现一次饱和，每次饱和对应一次频率为对应的冲击电流。在冲击电流持续作用下，铁心绕组因热累积效应，使电压互感器烧损。因此，线路对地电容和故障消失时的初始相角，是影响电容电流大小的主要因素，也是引起电压互感器故障的重要因素。

三、相关实验分析

1、电压互感器的励磁特性与涌流实验

电压互感器端口电压越过线电压（100V）的120%（120V）后，励磁电流急剧上升。涌流与电压突变时的相位及剩磁相关。中涌流持续约10周波，稳态电流峰值为1.33A，冲击电流峰值为50A，为稳态电流峰值的37.6倍

2、故障录波中的涌流计算

经过实验计算得出，电压互感器二次侧额定电压有效值为57.74V，A、B两相的冲击电压有效值为173.22V，50-60V不饱和区段励磁电流对电压的变化率为0.006A/V；曲线末端进入深度饱和区后励磁电流对电压的变化率为0.665A/V，是不饱和区段的111倍。以50V为起点，按该曲线区段内电流对电压的变化率0.006A/V，计算额定电压有效值57.74V下的励磁电流有效值为。因此在间歇性单相接地情况下，冲击电流的反复作用足以导致电压互感器高压熔断器的熔断或电压互感器高压绕组的热稳固性破坏。

3、引起电压互感器发热影响因素分析

通过35kV电网单相接地的两个暂态过程分析可知，单相接地引起电压互感器损坏的影响因素，在单相接地过程中其影响因素主要引起电压互感器发热，其热量的大小对电压互感器产生直接影响，甚至造成电压互感器烧损。其影响因素集中反应在电压互感器铁心磁通上。当励磁特性一定，铁心瞬时磁通与电压有关，电容越大，受容升影响，电压越高，磁通幅值越大在接地故障发生及消失时的暂态过程中，其影响因素对铁心的暂态过程使磁通增大，铁心饱和，电流突增，导致电压互感器严重发热。故障消失后的电容放电电流越大，对电压互感器冲击也越大。故当电网发生单相接地故障时，非故障相电压互感器同时受到接地瞬间的励磁涌流和故障消失后的电容电流的冲击。

结束语

在35kV电网单相接地过程中，根据35kV电网单相接地对电压互感器影响机理分析可知，防止电压互感器的损坏，可以从消除外部因素和提高自身热稳固性进行：提高配电网的绝缘水平，较少单相接地；加装合适的消弧线圈，抑制间歇性电弧接地的发生；提高电压互感器的励磁特性，降低工作磁密，使电压互感器不易进入饱和区，可以显著降低冲击电流倍数。采用新型耐热材料，增加电压互感器的耐热性能，使其能承受更大的发热而不至于损坏；在设备设计选型时，应按照间歇性单相接地故障所产生的最大电流对电压互感器进行热稳固性校验，使所选择的电压互感器能够承受故障带来的发热。这也说明分析35kV电网单相接地引起电压互感器故障，对整个电网的正常运行有着极大现实意义，本文对35kV电网单相接地引起电压互感器故障进行了简析，并分析了35kV电网单相接地引起电压互感器故障，且探讨了相关实验结果，对其引起电压互感器发热影响因素进行了分析，为35kV电网运行水平的提升提供参考依据

参考文献

[1]周默,孙岩洲.电网中性点不同接地方式下铁磁谐振的消谐研究[J].高压电器,2015(01).

[2]苏凤飞,高鹏,周浩.几种电压互感器典型故障类型分析[J].陕西电力,2014(01).

[3]冯世涛,列剑平,郑良华,郭文宁.10kV配电网系统弧光接地过电压研究[J].吉林电力,2010(05).

[4]杨洪,方春恩,任晓,董恩源,李伟,王军,侯祥玉.35kV电子式电流互感器的研究[J].高压电器,2011(02).