6kV 系统谐振过电压原因分析及处理措施
刘 伟 ， 魏 芳
(1．徐州坝山环保热电有限公司，江苏徐州 221004；2．徐州电力勘察设计院，江苏徐州 221005)

0 引  言
坝山电厂装机容量2×15 MW发电机组，发电机出口额定电压为6．3 kV，分别经4根3 X 185 mm 的电力电缆直接送至容量为 20000MVA主变，经主变升压至35 kV送至小坝山变电所，6 kV系统中性点为不接地系统。2006年5月18日18：35，出现谐振过电压，造成6 kV I段母线电压互感器高压熔断保险两相熔断。坝山电厂系统主接线如图1所示。

1 谐振过电压产生的原因
在6 kV不接地系统中，为了监视系统中各相对地绝缘状况及计量和保护的需要，在母线上均装设电磁式电压互感器。
当6 kV系统发生单相接地时，故障点流过电容电流，未接地的两相相电压升高为√3倍的相电压。一旦单相接地故障点xx，非接地相在接地故障期间已充的线电压电荷只能通过电压互感器高压线圈经其自身的接地点流人大地，在此瞬间电压突变的过程中，电磁式电压互感器引起铁磁谐振过电压⋯。谐振过电压包括线形谐振过电压和非线形谐振(即铁磁谐振)过电压。下面具体分析电压互感器谐振过电压产生的原因。
1．1 一相参数分析
1．1．1  串联情况
电容与铁芯电感串联回路，电容电压U_C、电感电压U_L及其合成电压U=U_C +U_L ，其对电流的关系曲线如图2所示，在频率一定的条件下，容抗U_C =jwC是不变的，电容电压与电流的关系曲线如图中1所示，I_C=U_C ／X_C；铁芯线圈两端的电感电压 U_L与电流的关系，I_L=U_L／X_L， 因铁芯饱和，线圈电感发生变化，故电压电流不成比例变化，当铁芯饱和时，感抗X_L=1／jwL一定，曲线趋于平稳，如图中曲线2所示。从图2曲线比较可以看出，当电流小于I’时，U_L>U_C，回路中的电流是感性的；当电流等于I’时，U_L=X_LI=U_C=X_CI，回路总电压为U=U_L -U_C =0；当电流大于I’时，U_L<U_C，回路中的电流是容性的。

在该回路中，当电流增加到曲线3所示的d 点时，电流将从a点跃变到b点，并且相位翻转180^o，当电压再上升时，电流又缓慢上升。当跃变发生时，电流数值会增加很多倍，同时电容与铁芯线圈上的电压也会大为增加，引起串联谐振过电压，由于在谐振过程中，电容和电感承受的电压{zd0}，该种谐振又称电压谐振。
1．1．2 并联情况
电容与铁芯电感并联回路，在电源电压的作用下，电容C中流过的电流I_C 、电感线圈流过的电流I_L 及其合成电流I=I_L - I_C，其对电压的关系曲线如图3所示。图3中曲线 1表示I_C ，I_C = U_C ／X_C ；曲线2表示I_L ，曲线3表示1。 

为便于分析将图3曲线3在第2象限部分的电流相位翻转180。，幅值不变，如图4所示曲线。 由图4可看出，在d点时I_L =   I_C  ，合成电流I为零，当电压低于d点时I_L <   I_C  ， 电流是容性的；当电压高于d时I_L >  I_C  ，电流是感性的。  

在该回路中，当电流沿曲线3增加到d点时，电流将出现突变现象，相位翻转180^o，电流将从a点跃变到b点，电容性电流变成电感性电流，当电流继续上升时，电压也继续上升，引起并联谐振过电压，由于在谐振过程中，电容和电感之间流过的电流{zd0}，该种谐振又称电流谐振。
1．2 三相参数分析
如图5所示，对电压互感器每一相来说，都有对地电容和电感，系统的参数、元件性质等不同，构成了该相电容、电感的串联或并联支路，在电压或电流突变的过程中，铁芯的饱和程度不同，每相电感 Lu 、Lv  、Lw就可能不同，构成了相间串联或并联谐振，在电压互感器绕组中流过的电流幅值和相位角也会不同，破坏了三相电路的对称性，造成了系统中性点电位的偏移。

2 谐振过电压产生的条件
谐振过电压一般因操作或故障引起系统元件参数出现不利组合而产生的。6 kV系统铁磁谐振形成过电压具备的条件有^[3] ：
(1)运行系统中性点接地方式为不接地系统。只有在不接地系统中，中性点才可能产生零序电压，引起中性点位移。
(2)谐振过电压一次线圈中性点直接接地，开口三角零序电压线圈为开路状态。单相接地故障点xx后，非接地相在接地故障期间已充的线电压电荷只能通过电压互感器一次线圈中性点流人大地，在电压突变瞬问引起铁磁谐振过电压。
(3)电力网的对地电容与电压互感器的励磁电感相匹配，且初始感抗大于容抗。系统参数相匹配，且初始感抗大于容抗时，在铁芯饱和时才可能出现谐振。
(4)具有一定的外界条件，操作或故障。外界条件成就时，系统才可能出现谐振过电压。
3 谐振过电压的预防和处理
为避免产生谐振过电压，应采取措施，避免出现谐振过电压的条件，或当出现谐振时利用保护装置限制其幅值和持续时间。
(1)选用励磁特性饱和点高的电磁式电压互感器。
(2)减少统一系统中电压互感器中性点接地数量，除电源侧电压互感器高压绕组中性点接地外，其他电压互感器中性点尽可能不接地。

(3)在6 kV母线上装设中性点接地的星形接线电容器组或用一段电缆代替架空线路以减少X_CO，使X_CO <0．O1X_m ( X_CO为系统的每相分布对地电容，  为电压互感器在线电压作用下单相绕组的励磁电抗)。
(4)在电压互感器的开口三角形绕组装设R_Δ  ≤0．4(X_m／K₁₃ )的电阻(  K₁₃为电压互感器一次绕组与开口三角形绕组的变比)或装设其他专门xx此类铁磁谐振的装置。发生谐振时的电压是相电压的3倍，开口三角形处将会产生100~200V电压，实践中在电压互感器开口三角形可并联消弧灯泡(或选用标准电阻)，也可在电压互感器零序回路中装设KFX-6型消谐器。
(5)6 kV电压互感器高压绕组中性点经R_PN >0．06X_m (容量大于600 W)的电阻接地。实践中在电压互感器高压绕组中性点的接地线中串接阻尼电阻，相当于在零序阻抗上并联一个电阻，可以有效抑制单相接地故障引起的谐振。

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