10KV 系统电压互感器一次侧装消谐器的必要性

摘要：消除和抑制谐波的目的是为了提高电力系统的电能质量，减少对电力设备的损害。本文介绍了电网系统谐波产生的原因及危害，分析了加装一次消谐器有明显的效果。本文结合案例：某电厂 10kV 电力电容器进行无功功率补偿时，发生 10kV 测量柜电压互感器烧损，高压侧熔断器熔断的情况，以 10kV 厂用电系统电压互感器为例, 着重论述了运行中遇到的问题和处理方法, 阐述了 10kV 系统电压互感器一次侧加装消谐器的必要性。

关键词：10kV 系统；消谐器；谐波抑制

1电网系统谐波产生的原因及危害分析 1.1电网系统谐波产生的原因

电网谐波产生的原因有很多，主要在于电力系统中存在各种非线性元件，例如日光灯和高压汞灯等气体放电灯，电力机车、卷扬机、轧机、 切割机等电动机设备，电焊机、变压器和整流设备，都会产生谐波电流或电压。由于测量监视等需要，在电网中每台母线设备柜都必须装设电压互感器 (PT)，但电压互感器是含有铁芯的电感元件，其励磁阻抗与系统的对地电容形成非线性谐振回路，即铁磁谐振；并产生谐波电流或电压。特别是大型的晶压管变流设备和大型电弧炉尤为严重， 是造成电网谐波的主要因素。 1.2电网系统谐波的危害

由于电网中含有大量的谐波源以及电力电容器、变压器、电缆、电动机等负荷，这些电气设备处于经常的变动之中，极易构成串联或 并联的谐振条件。当电网参数配合不利时，在一定的频率下，形成谐 波振荡，产生过电压或过电流，危及电力系统的安全运行，引发输配 电事故的发生 [1]。概括起来谐波的危害主要有以下几点：

(1) 引起串联谐振及并联谐振，放大谐波，造成危险的过电压或过电流；较高的高频谐振过电压可能引起电压互感器的绝缘破坏或避雷器爆炸。(2) 谐波电压加在电容器两端，使电容器过负荷甚至烧毁。(3) 加速电气设备及电力变压器绝缘老化，使其容易击穿，从而缩短它们的使用寿命。(4) 使设备 ( 如电机、继电保护、自动装置、测量仪表、电力电子器件、计算机系统、精密仪器等) 运转不正常或不能正确操作。

(5) 干扰通信系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正确传递，甚至损坏通信设备。(6) 使开关 ( 断路器 ) 过载，造成经常性跳闸。由于谐波电流在导体表面流动，引起导体发热，降低了开关的实际容量所致。

(7) 使无功补偿设备部件损坏，无法进行无功补偿，加大线路损耗，降低变压器容量。(8) 对变电所的继电保护产生干扰，易造成保护误动作， 导致区域性停电事故。(9) 对家用电器产生危害，如空调、微波炉、电视、电脑、冰箱等。(10) 使计量电能的感应式电能表计量不准确.

210kV 电力系统电压互感器消谐装置的作用

目前 ,10kV 电力系统为中性点不接地系统。对于大型电厂 ,10kV电力系统主要用于电厂厂用电。一般情况下 ,10kV 厂用电系统的每一段母线上均接 1 组全绝缘的电磁式电压互感器 ,

电压互感器一次侧中性点直接接地, 二次开口三角形接微机消谐器。常见大型电厂 10kV 系统电压互感器接线图见图 1

根据大型电厂 10kV 系统电压互感器接线方式, 每组电压互感器的一次侧由 3 只单相电压互感器接成星形, 其中性点直接接地, 二次侧开口三角形接微机消谐器。当系统发生单相接地、过电压等故障时 , 为一次侧中性点接地回路系统中可能出现的零序电流建立了通路 , 使二次开口三角形的线圈感应出零序电压。微机消谐器对开口三角电压 ( 即零序电压) 和频率进行循环检测和判断, 区分系统是接地、外部过电压还是铁磁谐振故障。若为系统接地或过电压, 微机消谐器将报警, 不启动消谐电路; 若为铁磁谐振, 微机消谐器将启动消谐电路并发出报警和记录故障信息, 使谐振在阻尼回路的作用下消失。在实际运行中, 由于10kV 系统中性点不接地 , 母线上 Y0 接线的电压互感器一次绕组是该系统对地的唯一金属性通道。当出现系统接地等故障时 , 系统对地电容会以一个数值达数安培的工频半波涌流通过电压互感器一次绕组进行充放电 [1], 同时 , 非故障相电压会升高并产生谐振 , 或者出现铁磁谐振使系统电压不平衡等。而二次侧微机消谐器此时可能仅做接地和过电压故障报警, 未启动消谐电路来消除谐振, 一般也不能消除系统的涌流。这样 , 电压互感器将可能长时间经受过电压、涌流和铁磁谐振冲击 ,

发生熔断器熔断 , 甚至电压互感器本体爆裂烧毁等故障。因此 , 为避免系统发生接地、过电压和谐振时因微机消谐器不能正常动作而造成电 压互感器损坏 , 采用在电压互感器一次侧中性点与地之间串接 1 个消谐器 , 发挥阻尼和限流的作用 , 可以很好的消除系统谐振和工频涌流 , 保护电压互感器的安全运行。

310kV 系统电压互感器微机消谐器运行中遇到的问题

在 10kV 中性点不接地系统电压互感器的运行中 , 系统接地 , 以及在空母线带电压互感器合闸充电有及时消除谐振 , 这样 , 产生的谐振又叠加到相电压上 , 使相电压更加不平衡 , 最终导致电压互感器受铁磁谐振、过电压和工频涌流的长时间冲击而爆裂。根据故障现象及原因分析 ,10kV 厂用电系统发生接地故障 , 导致母线电压不平衡 , 同时产生铁磁谐振和工频涌流 , 而电压互感器二次侧微机消谐器未动作 , 没能消除系统谐振 , 致使电压互感器造成不同程度的损坏。针对故障原因 , 为更好地消除厂用电系统各种故障产生的铁磁谐振和工频涌流 , 金安桥电厂与小湾电厂的处理办法一样 , 在保留电压互感器二次侧微机消谐器的基础上 , 对电压互感器一次侧中性点与地之间加装一次此消谐器。4 10kV 系统电压互感器一次侧加装消谐器后的运行效果一次消谐器是高容量非线性元件 , 可消除或者阻尼由电压互感器饱和引起的铁磁谐振过电压 , 增大相电压的稳定性 ; 在单相接地或消失时 , 抑制流过电压互感器的过电流 , 防止一次侧保险熔断及电压互感器损坏。10kV 系统电压互感器一次侧加装消谐器接线见图 2：

实际运行情况,10kV 厂用电系统电压互感器一次侧加装消谐器后,设备运行正常 , 没有出现因为系统故障和空母线带电压互感器合闸充电产生铁磁谐振及工频涌流等导致设备故障的现象。在一次侧加装消 谐器后, 当系统因为不同原因产生铁磁谐振和工频涌流时 , 一次消谐器能够迅速地消除系统谐振和涌流 , 避免了系统长时间谐振和过电压对微机消谐器的损害 , 增加了微机消谐器的灵敏度 , 使微机消谐器能够正确地根据故障现象作出判断 , 并发出正确的动作。同时 , 有一次消谐器的作用 , 即使二次侧微机消谐器损坏 , 当系统故障时 , 微机消谐器不能及时作出相应的动作 , 也不会影响电压互感器的安全运行 , 造成电压互感器损坏等故障。10kV 系统电压互感器一次侧加装消谐器后 , 在一次消谐器和二次侧微机消谐器的共同作用下 , 提高了设备的可靠性 , 更好地保证了设备的安全稳定运行。 4结束语

电网谐波抑制的研究越来越受到人们的重视，已成为当今研究的 热点，如未来应用广泛的微机消弧消谐及过电压保护装置等。本文首 先对电网系统谐波产生的原因及危害进行定性分析，然后分别对谐波 的抑制措施和抑制技术进行了研究。综合上述分析和实践 , 对 10kV 中性点不接地系统 , 由于系统发生单相接地或者过电压等故障 , 均有可能产生铁磁谐振或工频涌流。为了更好地消除因系统故障产生的铁磁谐 振和涌流 , 保证 10kV 系统电压互感器的安全可靠运行 , 电压互感器一次侧加装一次消谐器是很有必要的。 参考文献

[1]王洪新，贺景亮 . 电力系统电磁兼容 [M]. 北京：水利电力出版社，2004. [2]刘介才. 工厂供电[M]. 第 4 版. 北京：机械工业出版社，2004. [3]平绍勋 . 电力系统内部过电压保护 [M]. 北京：中国电力出版社，2006.