10kV电网单相接地引起电压互感器损坏的机理研究

摘要

电压互感器(PT)向电网的二次系统提供一次系统的电压信息，从而对电网进行测量、监视、保护与控制，是保证电网安全运行十分重要的设备。中性点不接地电网发生单相接地时不必立即停电，可允许继续运行2小时，但是在此期间易于发生电压互感器的损坏，因此寻找其损坏机理是电力系统的一个重要研究课题。
　　 已有的研究大多认为：电压感器损坏的原因是在电网中性点偏移电压作用下，电压互感器与中性点对地电容构成的L-C串联铁磁谐振，电网对地电容较小时发生的机率较大，因此采取在电压互感器上加装消谐器等措施以消除谐振。但是，近年来的运行情况表明，电网中单相接地引起电压互感器熔丝频繁熔断甚至电压互感器损坏的情况仍然十分严重，并且随着电网的发展、线路的增长呈上升趋势。
　　 根据生产现场获取的信息，电压互感器的损坏多伴随有断续性接地现象，基于电压互感器的电感与电网电容成并联关系，论文提出按并联模型，通过暂态过程分析来寻求电压互感器损坏的机理，并提出相应的防范措施。
　　 对动态模拟实验室和生产现场使用的电压互感器所做的励磁特性实验表明，当电压互感器端口电压越过线电压后，电压互感器励磁电流急剧增长。按并联模型在MATLAB中建立中性点不接地系统间歇性电弧接地的仿真计算电路，研究了电压互感器的运行工况和电流冲击过程。分析计算表明，在不稳定的单相接地暂态过程中，电压互感器铁心的工作点进入深度饱和区，因而产生很高倍数的过电流，由于热量以平方关系增长，从而导致电压互感器热稳固性破坏，并可能相继产生电气击穿。
　　 仿真计算与实验得出：中性点不接地电网单相接地电流具有非线性增长特性，随电网电容的增大，电流高速增长，并使不接地相承受的电压稳态值高于线电压，过电压倍数随电网电容的增大而增大，打破了电流随电容线性增长、不接地相承受线电压的传统观念。由于不接地相承受的电压稳态值高于线电压，将显著加剧暂态过程中己进入深度饱和区的电压互感器的过电流倍数。与串联谐振模型相比较，并联暂态模型得出了与之相反的结论：电网对地电容愈大，单相接地时发生电压互感器损坏的机率愈高。
　　 通过仿真和动模实验得出：中性点不接地电网加消弧线圈补偿可以有效地减小单相接地时电压互感器的过电流倍数。选择励磁特性好的电压互感器，降低电压互感器铁心正常运行工作点，从而减小暂态过电流，同时按间歇性单相接地的持续暂态过电流来校验电压互感器的热稳固性，是保证电压互感器在中性点不接地电网发生间歇性单相接地时不被损坏的最根本措施。