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电磁式电压互感器铁磁谐振事故分析及措施
时间：2021-06-29
断路器断口均压电容和空母线上电磁式电压互感器(下称PT)铁磁谐振现象时有发生，如2000年4月下马岭电厂，1997年秦皇岛昌黎站等均发生过。目前普遍存在的问题是：(1)当事人对明显的谐振现象不清楚，使谐振持续很长时间；(2)明白发生的现象是谐振后，不知道如何正确处理，由此造成设备损坏，如江苏某变电站在220 kV母线切换过程中，母线空载，当断路器断开，隔离开关尚未断开时，PT发生谐振，1 h后又合上断路器，造成PT爆炸；(3)值班人员对带断口电容的断路器投切带PT的空母线的危害性认识不清，在系统运行方式和倒闸操作中没有加以避免。
1 铁磁谐振原因分析
中试控股电力讲解带断口电容的断路器投切带PT的空母线的等效电路如图1所示，简化的等效电路如图2所示。图1、2中L为PT电感，带铁心的线圈，具有非线性伏安特性；C2为母线对地电容；C1为断路器断口均压电容；K为断路器断口；Uφ为相电压。
从图2可以看出，带断口电容断路器投切带PT空母线等效电路是典型的L、C串联谐振回路。正常情况下， 不会发生谐振，但当分合闸有冲击扰动时，电感深度饱和，感抗ωL急剧下降ωL便有可能等于 ，发生谐振。等值电源电压越低，越不易谐振，即母线对地电容C2越大，发生铁磁谐振的概率越小。
2 铁磁谐振过程中出现的现象
断口电容与PT发生铁磁谐振时，有明显信号：断路器已断开，两侧刀闸未断开时，母线电压仍较高，一般在额定值的50%左右，有时会超过额定值，超过表头的刻度，例如东北某站曾发现220 kV PT次级绕组电压表指针达到300 kV(线电压)。
多次谐振表明，谐振频率一般为低频，13ω谐振被激发的可能性最大，此时铁心磁密将增加到正常值的3倍(谐振电压为额定值时)，互感器因励磁电流太大，可达几十毫安(正常值约为数毫安)，而导致线圈发热，烧短路损坏。同时，PT因过激磁会发出异常嗡嗡声，声音很大。
3 建议
(1) 加强培训工作，使值班人员充分认识到带断口电容断路器投切空母线PT的危害性。《华北电力集团公司过电压反事故措施》和《110～500 kV互感器反事故措施》中早就明文规定：在系统运行方式和倒闸操作中应避免用带断口电容的断路器投切带PT的空母线。
(2) 使有关人员充分认识PT铁磁谐振现象。当断路器已断开，但母线电压仍较高，PT发出异音时，应能及时认识到这种情况可能是发生了PT铁磁谐振。铁磁谐振往往引起PT过激磁，线圈发热，因此，如能及时消除，就可以避免设备损坏事故的发生。
(3) 值班人员应学会正确处理空母线PT铁磁谐振故障，防止发生事故。
消除谐振的正确方法是：将PT刀闸或断路器前、后刀闸的任意一把迅速断开。
错误的处理方法是：谐振已经持续1 min以上，重新合上断路器。这样做可能将已发热烧坏的PT重新投入电网运行，使得事故迅速发展产生如前述江苏电网220 kV PT爆炸的结果。
另外，也没有必要采用将线路对侧开关跳开来消除谐振的办法。
(4) 中试控股电力讲解PT谐振消除后(特别是长时间谐振后)，应认真全面地检查PT，防止PT带病投入运行。检查项目包括：外观检查是否渗漏油；测试线圈直流电阻；取油做色谱试验等。
(5) 为避免空母线PT铁磁谐振现象，可改变运行和操作方式，在出现带断口电容断路器投切空母线PT时，采取首先切除母线PT，或增大母线电容，或用电容式电压互感器(CVT)更换PT等措施。
1 铁磁谐振原因分析
中试控股电力讲解带断口电容的断路器投切带PT的空母线的等效电路如图1所示，简化的等效电路如图2所示。图1、2中L为PT电感，带铁心的线圈，具有非线性伏安特性；C2为母线对地电容；C1为断路器断口均压电容；K为断路器断口；Uφ为相电压。
从图2可以看出，带断口电容断路器投切带PT空母线等效电路是典型的L、C串联谐振回路。正常情况下， 不会发生谐振，但当分合闸有冲击扰动时，电感深度饱和，感抗ωL急剧下降ωL便有可能等于 ，发生谐振。等值电源电压越低，越不易谐振，即母线对地电容C2越大，发生铁磁谐振的概率越小。
2 铁磁谐振过程中出现的现象
断口电容与PT发生铁磁谐振时，有明显信号：断路器已断开，两侧刀闸未断开时，母线电压仍较高，一般在额定值的50%左右，有时会超过额定值，超过表头的刻度，例如东北某站曾发现220 kV PT次级绕组电压表指针达到300 kV(线电压)。
多次谐振表明，谐振频率一般为低频，13ω谐振被激发的可能性最大，此时铁心磁密将增加到正常值的3倍(谐振电压为额定值时)，互感器因励磁电流太大，可达几十毫安(正常值约为数毫安)，而导致线圈发热，烧短路损坏。同时，PT因过激磁会发出异常嗡嗡声，声音很大。
3 建议
(1) 加强培训工作，使值班人员充分认识到带断口电容断路器投切空母线PT的危害性。《华北电力集团公司过电压反事故措施》和《110～500 kV互感器反事故措施》中早就明文规定：在系统运行方式和倒闸操作中应避免用带断口电容的断路器投切带PT的空母线。
(2) 使有关人员充分认识PT铁磁谐振现象。当断路器已断开，但母线电压仍较高，PT发出异音时，应能及时认识到这种情况可能是发生了PT铁磁谐振。铁磁谐振往往引起PT过激磁，线圈发热，因此，如能及时消除，就可以避免设备损坏事故的发生。
(3) 值班人员应学会正确处理空母线PT铁磁谐振故障，防止发生事故。
消除谐振的正确方法是：将PT刀闸或断路器前、后刀闸的任意一把迅速断开。
错误的处理方法是：谐振已经持续1 min以上，重新合上断路器。这样做可能将已发热烧坏的PT重新投入电网运行，使得事故迅速发展产生如前述江苏电网220 kV PT爆炸的结果。
另外，也没有必要采用将线路对侧开关跳开来消除谐振的办法。
(4) 中试控股电力讲解PT谐振消除后(特别是长时间谐振后)，应认真全面地检查PT，防止PT带病投入运行。检查项目包括：外观检查是否渗漏油；测试线圈直流电阻；取油做色谱试验等。
(5) 为避免空母线PT铁磁谐振现象，可改变运行和操作方式，在出现带断口电容断路器投切空母线PT时，采取首先切除母线PT，或增大母线电容，或用电容式电压互感器(CVT)更换PT等措施。
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