隨著電力系統網絡的日益擴大,系統短路容量隨之增大,電網上諧波也隨之增多.在10 kV、35 kV中壓電網中電流互感器(CT)、電壓互感器(PT)是電力系統中一次與二次的連接環節,他們的各項性能指標直接影響整個電力系統的安全運行和二次自動化保護的正確動作.

由于電網中諧振現象的普遍存在,所以PT是電網運行中很容易出現故障的元件,選擇時一定要謹慎;而某些10 kV、35 kV線路正常供電負荷又相對較小,造成選擇CT時既要確保動熱穩定要求以及線路短路時保護CT滿足10%誤差曲線要求,又要保證正常情況下表計測量的準確性,還要考慮結構緊湊、經濟合理.實際運行中曾出現過線路短路時CT飽和,保護拒動,因而影響系統安全;也出現過變比選擇過大造成計量不準,影響企業效益和信譽.因此在設計和選擇PT、CT時必須綜合考慮各種因素.

1變電站的實際應用情況

35kVxxx變電站主變容量8000kVar,電壓等級35/10 kV.由于該變電站靠近110 kV變電站,10 kV母線短路容量較大,而10 kV出線負荷在一年內不同季節變化較大,正常時負荷比較小,農忙季節負荷又很大.10 kV出線負荷情況見表1.建站時10 kV開關站采用的是預裝式開關站,其CT變比為兩條線路100/5,兩條線路150/5;PT為普通型JDZJ-10一組,采用RN110/0.5熔斷器保護.在半年的實際運行中,出現了如下問題:

① 計量上出現35 kV側與10 kV側有誤差現象;

② PT及保護熔斷器各燒壞一只.經過分析認為原因如下: 10 kV側負荷長時間小于CT負荷的50%,造成計量出現偏差;當地電網中諧振比較大,而PT又沒有采取抗諧振措施,熔斷器的反應時間過長造成的.伊店變電站35 kV側系統阻抗為0.098 2 Ω.經計算主變額定容量運行時,10 kV母線三相短路電流為16.12 kA.根據以上計算,CT保護變比選擇100/5,則10 kV母線三相短路電流將為CT一次電流的16倍多,而一般CT不超過10%誤差曲線的倍數為10~15倍.根據有關技術反事故措施文件要求,10 kV、35 kV系統中CT保護變比選擇應大于200/5,以保證繼電保護動作的準確性.解決上述問題的措施如下:10 kV側CT更換為雙變比CT,計量、測量變比分別為50/5、100/5;75/5、150/5,保護級變比全為200/5;PT更換為JSZF-10三相一體式電壓互感器,它具有抗諧振功能,熔斷器換為XRNP-10/0.5型高分斷能力的熔斷器.投入運行至今兩年多沒有再出過問題.

2電流互感器的選擇

首先根據線路的最大負荷電流選擇CT的一次額定電流.確定線路的最大負荷電流時,應考慮回路可能出現的過負荷以及近5年來負荷的增長情況;其次是校驗動熱穩定要求.根據遠景規劃計算系統短路容量,由于系統短路電流較大,對于負荷較輕的線路的CT不能滿足要求,此時只能提高變比以確保滿足該項技術指標;第三是額定輸出容量的選擇.是指在額定一次電流、額定變比條件下,保證所要求的準確級時,所能輸出的最大容量.

CT輸出容量根據式(1)選擇:

其中: I2為CT的額定二次電流,K2為連接導線的接線系數,Z2為連接導線的阻抗,R為接觸電阻,取0.05~0.1 Ω,對于測量表計用CT:K1為測量表計的接線系數,Z1為測量表計的電流線圈阻抗,對于保護用CT:K1為繼電器的接線系數,Z1為繼電器的電流線圈阻抗.

測量表計用CT二次的實際容量應在額定容量的25%~100%之間,在這一范圍內,電流互感器運行在磁化曲線的直線部分,誤差最小.保護用CT二次的實際容量應小于額定容量.此外,保護用CT還應按10%誤差曲線校驗:

1)計算出CT二次所接的實際負荷阻抗Z.

2)計算出在最嚴重短路情況下,通過CT一次側的短路電流為一次額定電流的倍數m=KkI1max/I1,式中I1max為CT一次側可能流過的最大短路電流有效值;I1為一次額定電流值;Kk為可靠系數,取1~2.

3)根據廠家提供的10%誤差曲線和算出的m值,查出二次側允許接入的最大阻抗Zmax≥Z.

根據上述計算值及要求,經綜合分析比較,選擇出能滿足上述各項要求的CT.但因上述各項要求是相互制約甚至相互矛盾的,選擇比較時應注意以下兩點:

1)大變比CT可使保護CT滿足要求,但計量CT可能超出誤差,因此應選用多變比計量CT,大變比保護CT.

2)選擇大容量CT可能造成開關柜內設備過分擁擠,給檢修帶來不必要的麻煩,因此應適當選取CT的二次輸出容量,以滿足要求,少有余度為宜.

3電壓互感器的選擇

首先根據變電站的實際情況選擇二次電壓值及級別精度;其次是校驗動熱穩定要求;第三是額定輸出容量的選擇,此外需要注意的就是電網中的諧振對PT產生的危害,特別是分頻諧振,它產生的過電壓并不高,但流過電壓互感器的電流卻很大,可以達到正常電流的30~50倍[2],所以常常使電壓互感器過熱而爆炸,使整個變電站停電,造成比較嚴重的后果.

根據上述要求,經綜合分析比較,選擇PT時應注意以下三點:

1) 一次熔斷器是保護PT的第一道關卡,它的選擇是非常重要的.一定要選用具有高分斷能力、響應時間快的熔斷器.

2) 在輸出容量許可的情況下,一定要選擇本身帶有抗諧振功能的PT.

3) 選用大容量PT時,由于大容量PT都是單相的,一定要加裝消諧裝置.

4結束語

PT、CT是35 kV、10 kV電力系統中保證表計計量準確和保護正確動作的重要組成元件,也是變電站系統中一次和二次自動化保護的主要連接元件,對電力系統的安全與運行都有直接影響.在選擇PT、CT時,首先應保證它們的動熱穩定要求,然后可通過選擇多變比CT滿足保護和計量要求,通過選擇帶有抗諧振功能的PT或加裝輔助消諧設備的PT,以減少諧振對PT造成的危害.

PT、CT爆炸原因分析

PT爆炸原因分析

在6～35 kV的中性點非有效接地系統中，由于變壓器、電壓互感器、消弧線圈等設備鐵心電感的磁路飽和作用，激發產生持續的較高幅值的鐵磁諧振過電壓。鐵磁諧振可以是基波諧振、高次諧波諧振、分次諧波諧振。

這種諧振產生的過電壓的幅值雖然不高，但因過電壓頻率往往遠低于額定頻率，鐵心處于高度飽和狀態，其表現形式可能是相對地電壓升高，勵磁電流過大，或以低頻擺動，引起絕緣閃絡、避雷器炸裂、高值零序電壓分量產生、虛幻接地現象出現和不正確的接地指示。

嚴重時還可能誘發保護誤動作或在電壓互感器中出現過電流引起PT燒壞。1故障現象及相關數據6kV系統共有八段，采用的是xxx生產的電氣組合柜，該廠設備自投產以來，主部件未發生大的缺陷，但其輔助測量PT發生了8臺次損壞，現象表現為本體炸裂、內部絕緣物質噴出故障，致使6kV系統的相關保護不能投運，部分自動功能無法實現。這給廠用系統的安全穩定運行帶來了極大的隱患。

2故障原因初探根據故障現象，經過初步判斷，估計是由于下述的幾個原因所致。

1) 產品質量不好：如果由于產品本身絕緣、鐵心疊片及繞制工藝不過關等，均可能致使電壓互感器發熱過量使絕緣長期處于高溫下運行，從而導致絕緣加速老化，出現擊穿。該類型的電壓互感器一次側繞組發生匝間短路，這樣電流會迅速增大，鐵磁也將迅速飽和從而導致諧振過電壓，使絕緣擊穿，高壓熔斷器被熔斷。

2) 電壓互感器二次負荷偏重，一、二次電流較大，使二次側負載電流的總和超過額定值，造成PT內部繞組發熱增加，尤其是在電壓高于PT額定電壓(6kV)情況下，PT內部發熱更加嚴重；再者，該系統屬于中性點非有效接地系統，故一次側電壓在運行中容易發生偏斜，當某相出現高電壓時，該相PT更加容易發生熱膨脹爆裂。

表1故障統計編號 電壓互感器型號 現象 備注

601 VKI7.2 C相爆裂，引起匝間短路 更換為JDZX8-6型電壓互感器后，投運不到兩天時間，又發生B相爆裂，引起匝間短路

603 VKI7.2 A相爆裂，引起匝間短路

604 VKI7.2 A相爆裂，引起匝間短路

606 VKI7.2 A、C相爆裂，引起匝間短路

607 VKI7.2 A、C相爆裂，引起匝間短路

主要技術參數：變比600/根號3/100根號3/100/3，額定容量90/100VA，上?；ジ衅鲝S

注：1)VKI 7.2型電壓互感器為引進型，國內相應的產品型號為JDZX8-6；6kVⅠ段至Ⅷ段各有一組(3臺)變比為6000/3／100/3／100/3的互感器，

2)工藝為樹脂澆注式半絕緣，一次中性點的耐受為3kV(出廠值)。

3) 由于鐵磁諧振而造成電壓互感器被擊穿，因為：被擊穿的電壓互感器所處的母線帶的負荷呈感性的比較多，特別是Ⅲ、Ⅳ段，帶有大容量的深井泵，在負荷分配上其感抗大于容抗，由于某種原因，而使系統電壓波動(如深井泵頻繁啟停等)，使電路中電流和電壓發生突變，可能導致電壓互感器鐵心迅速飽和、感抗減小，當感抗小于容抗時，將產生鐵磁諧振，導致電壓互感器激磁電流增大幾十倍，而過電壓幅值將達到近2.5Ue，甚至于達到3.5Ue以上，而且持續時間較長，電壓互感器在這樣大電壓、大電流下運行，使本身的溫度也迅速升高，導致損壞。根據上述的分析，為此組織QC小組對其原因進行分析，同時派人外出調研，調研結果表明：

(1)應不存在產品質量問題，原因是該互感器在華東地區廣泛采用，從收集的資料上看，該廠產品的業績是良好的，雖然在某些地方也曾出現過一些問題，但xxxx電廠這樣大量的損壞是沒有的。

(2)懷疑電壓互感器二次負荷偏重導致PT損壞的理由也不成立，原因是該PT 0.5級二次繞組額定容量為90 VA，在1998年11月16日，測量了604PT二次側星形接線負荷，在二次接線回路上施加100V的三相交流電源(停用備自投)，測得Ia=0.61 A，Ib=1.05 A， Ic=0.605 A，測得星形接線負荷容量：Sa=35.2 VA，Sb=60.6 VA，Sc=35VA，PT總輸出容量為105.6 VA；次日，測量601PT二次側星形接線負荷，在二次接線回路上施加100V的三相交流電源(停用備自投，有一塊電度表未裝)，測得Ia=0.4 A， Ib=0.7 A，Ic=0.4 A，測得星形接線負荷容量：Sa=23.09VA，Sb=40.04 VA，Sc=23.09 VA，PT總輸出容量為69.28 VA。通過實際測量結果分析，除604PT有一相超出額定值外，其余均在額定值范圍內，同時，按照PT的容量為一個數列，一般50 VA就能滿足使用，所以說90 VA的容量應該是足夠大的。因此，二灘大量的PT損壞原因應該為電磁諧振所致。

3鐵磁諧振的幾個特點

1)對于鐵磁諧振電路，在相同的電源電勢作用下回路可能不只一種穩定的工作狀態。電路到底穩定在哪種工作狀態要看外界沖擊引起的過渡過程的情況。

2)PT的非線性鐵磁特性是產生鐵磁諧振的根本原因，但鐵磁元件的飽和效應本身也限制了過電壓的幅值。此外回路損耗也使諧振過電壓受到阻尼和限制。當回路電阻大于一定的數值時，就不會出現強烈的鐵磁諧振過電壓。3) 串聯諧振電路來說，產生鐵磁諧振過電壓的的必要條件是ω0=1／L0C＜ω。因此鐵磁諧振可在很大的范圍內發生。

4) 維持諧振振蕩和抵償回路電阻損耗的能量均由工頻電源供給。為使工頻能量轉化為其它諧振頻率的能量，其轉化過程必須是周期性且有節律的，即…1/2(1，2，3…)倍頻率的諧振。

5) 鐵磁諧振對PT的損壞。電磁諧振(分頻)一般應具備如下三個條件。

① 鐵磁式電壓互感器(PT)的非線性效應是產生鐵磁諧振的主要原因。

② PT感抗為容抗的100倍以內，即參數匹配在諧振范圍。

③ 要有激發條件，如PT突然合閘、單相接地突然消失、外界對系統的干擾或系統操作產生的過電壓等。據試驗分頻諧振的電流為正常電流的240倍以上，工頻諧振電流為正常電流的40～60倍左右，高頻諧振電流更小。在這些諧振中，分頻諧振的破壞最大，如果PT的絕緣良好，工頻和高頻一般不會危及設備的安全，而6 kV系統存在上述條件。4鐵磁諧振的常用消除辦法根據以上分析配電系統鐵磁諧振的特性，就不難找到加以解決的辦法。

通常的解決辦法有：

1) PT一次的中性點加裝阻尼電阻。該方法在已廣泛采用，生產定型產品的廠家比較多，在實際運用中都取得了滿意的效果。如西安電瓷廠生產的RXQ系列消諧器，該消諧器串接于PT一次繞組中性點與地之間，內部材料為大容量的非線性碳化硅電阻片及散熱片等串聯組裝于瓷套內而成。其工作原理為：在低壓下消諧器呈高電阻值(可達幾百千歐)使諧振在起始階段不易發展，單相接地時，消諧器上出現千余伏電壓，它的非線性電阻下降，使其不影響接地保護的工作。

2) 在PT開口三角側并聯固定(或可變)阻尼，一些要求不太高的變電所或配電。