段明輝 姚 創(chuàng) 張 賀 馮軍基 劉力卿 魏菊芳

（國網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院）

0 引言

隨著電力系統(tǒng)構(gòu)造升級(jí)與系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)電磁式電壓互感器故障應(yīng)對(duì)措施急需進(jìn)一步優(yōu)化與完善，用以更好地處理復(fù)雜環(huán)境下電磁式電壓互感器故障，切實(shí)保障電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全及運(yùn)行穩(wěn)定性。文章對(duì)電磁式電壓互感器中鐵磁諧振故障、接線錯(cuò)誤、斷線以及二次回路多點(diǎn)接地等常見故障進(jìn)行了分析，并提出了常見故障的應(yīng)對(duì)措施。

1 電磁式電壓互感器的常見故障類型

1.1 鐵磁諧振故障

對(duì)于電磁式電壓互感器而言，基于其自身結(jié)構(gòu)的特殊性，導(dǎo)致其在運(yùn)行過程中存在一定概率出現(xiàn)鐵磁諧振故障，鐵磁諧振故障會(huì)間接提升諧振過電壓值，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)用電設(shè)備燒毀、互感器爆炸等相關(guān)問題，對(duì)電力系統(tǒng)造成了一定的安全隱患［1］。為有效保證電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性，國內(nèi)外大量技術(shù)人員、專業(yè)人員對(duì)該項(xiàng)故障進(jìn)行了深入調(diào)查與研究，并設(shè)計(jì)了行之有效的消諧措施，如將阻尼電阻接入開口三角形處、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地、減少并聯(lián)互感器、將單相互感器中接入至三相互感器中心點(diǎn)、選擇勵(lì)磁性優(yōu)異的互感器等。然而上述所有消諧舉措均是以消耗諧振能量或破壞諧振條件角度實(shí)現(xiàn)鐵磁諧振的抑制效果，但在實(shí)際使用期間的消諧效果無法有效達(dá)到預(yù)期效果，甚至部分措施還會(huì)產(chǎn)生其他情況。同時(shí)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)類型、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)規(guī)模等也在隨之迭代，傳統(tǒng)的消諧措施已經(jīng)無法切實(shí)滿足當(dāng)今復(fù)雜化、多元化的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，需要以電力系統(tǒng)具體情況為先導(dǎo)、以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況為依據(jù)，制定針對(duì)性、科學(xué)性、合理性的鐵磁諧振故障解決措施。

1.2 其他故障

電網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行過程中不僅可能會(huì)出現(xiàn)鐵磁諧振故障，同時(shí)還可能由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷、人員操作不規(guī)范以及絕緣老化等相關(guān)問題而出現(xiàn)電壓互感器的接線錯(cuò)誤、斷線以及二次回路多點(diǎn)接地的故障情況［2］?；诒举|(zhì)角度來看，上述故障的出現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性同樣具有較大的影響，可能會(huì)導(dǎo)致與電壓互感器相連的繼電保護(hù)設(shè)備出現(xiàn)拒絕行動(dòng)、錯(cuò)誤行動(dòng)等問題。除此之外，如多點(diǎn)接地等故障在出現(xiàn)時(shí)具有較強(qiáng)的隱蔽性，相關(guān)工作人員存在無法第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)的概率，因此此類故障會(huì)進(jìn)一步加劇對(duì)電力系統(tǒng)安全性的威脅。以多點(diǎn)接地故障為例，在傳統(tǒng)的解決與排查方案中往往是以人力巡檢方式為主，即要求巡檢人員對(duì)所有互感器進(jìn)行針對(duì)性的逐一排查，通過檢查其外觀是否損壞、性能是否穩(wěn)定等判斷其是否出現(xiàn)故障，此種方式在實(shí)際應(yīng)用期間不僅會(huì)大量浪費(fèi)人力資源與時(shí)間資源，同時(shí)也無法有效保證故障排查結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外，在斷線故障中，通常情況下會(huì)采用較為保守的退出大多數(shù)保護(hù)裝置的措施，雖然此種方式能夠有效避免裝置因斷線而錯(cuò)誤行動(dòng)，但也在一定程度上削弱了電力系統(tǒng)在互感器斷線期間對(duì)其他故障問題的應(yīng)對(duì)、識(shí)別能力。

2 電磁式電壓互感器常見故障的解決措施

2.1 鐵磁諧振故障的解決措施

在眾多的電磁式電壓互感器的故障中，鐵磁諧振故障類型屬于較為常見且危害性較高的故障之一，若不及時(shí)對(duì)其進(jìn)行處理或提前進(jìn)行有效預(yù)防，則可能會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí){到電力系統(tǒng)的使用壽命［3］。因此，需要結(jié)合實(shí)際情況在電網(wǎng)設(shè)計(jì)、電網(wǎng)運(yùn)行過程中重點(diǎn)分析如何消除或抑制互感器的鐵磁諧振能量。在此方面，可以從抑制鐵磁諧振的產(chǎn)生、消除鐵磁諧振出現(xiàn)后的能量等角度出發(fā)。

首先，基于抑制鐵磁諧振的產(chǎn)生角度出發(fā)?？梢越Y(jié)合實(shí)際情況，通過優(yōu)化電力系統(tǒng)參數(shù)而減少鐵磁諧振產(chǎn)生的條件。其一，可以根據(jù)設(shè)備情況選擇勵(lì)磁性能優(yōu)異的互感器。站在鐵磁諧振產(chǎn)生機(jī)理的角度進(jìn)行分析，導(dǎo)致鐵磁諧振出現(xiàn)的主要原因是互感器勵(lì)磁特性弱，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)波動(dòng)后會(huì)導(dǎo)致鐵心產(chǎn)生鐵磁諧振，因此可以結(jié)合實(shí)際情況以使用勵(lì)磁性能優(yōu)異的互感器規(guī)避鐵磁諧振故障。需要注意的是，此種解決方式在實(shí)際使用期間存在降低鐵磁諧振發(fā)生概率低的問題，當(dāng)電網(wǎng)波動(dòng)較大時(shí)仍會(huì)導(dǎo)致鐵心出現(xiàn)鐵磁諧振現(xiàn)象，且由于波動(dòng)過大產(chǎn)生的鐵磁諧振無法避免，其故障后果往往會(huì)更加嚴(yán)重［4］。除此之外，當(dāng)若干互感器進(jìn)行并聯(lián)時(shí)，還會(huì)降低互感器在實(shí)際使用期間的勵(lì)磁性能。因此，若想切實(shí)有效地規(guī)避或減少鐵磁諧振故障所帶來的影響，則需要根據(jù)實(shí)際情況搭配其他鐵磁諧振故障解決措施；其二，降低互感器的并聯(lián)數(shù)目。在從提升互感器勵(lì)磁性能角度分析鐵磁諧振故障時(shí)提到當(dāng)電力系統(tǒng)中互感器的并聯(lián)數(shù)量上升時(shí)，會(huì)降低互感器的勵(lì)磁性能，從而提升鐵磁諧振故障的出現(xiàn)概率。因此，若想有效保證鐵磁諧振故障得以根治，則應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況減少互感器的并聯(lián)數(shù)目，以此加強(qiáng)其他消諧措施的實(shí)際應(yīng)用效果。通過合計(jì)設(shè)計(jì)互感器的分布可以有效減少其并聯(lián)數(shù)量，這樣不僅能夠取得有效的鐵磁諧振抑制效果，同時(shí)也可以在一定程度上減少電力系統(tǒng)的日常維護(hù)支出。需要注意的是，此種解決方式在實(shí)際應(yīng)用期間缺乏直觀性，需要與其他解決措施同時(shí)使用；其三，將單相互感器接入中性點(diǎn)。此種故障解決措施有以下兩方面優(yōu)勢(shì)。一方面，能夠基于總體角度切實(shí)提升勵(lì)磁電抗性能，從而有效提升勵(lì)磁性能，進(jìn)一步降低了鐵磁諧振故障出現(xiàn)的概率。另一方面，若電力系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，因?qū)雾?xiàng)互感器接入中性點(diǎn)措施中的零序電壓主要體現(xiàn)在單項(xiàng)互感器中，因此可以降低其余互感器在運(yùn)行期間的電壓，從而有效避免鐵心因過度飽和而出現(xiàn)鐵磁諧振故障。

其次，基于消除鐵磁諧振能量角度出發(fā)。當(dāng)鐵磁諧振故障出現(xiàn)后，可以通過相關(guān)措施減少諧振產(chǎn)生的能量，從而實(shí)現(xiàn)抑制或消除鐵磁諧振故障的效果。其一，相關(guān)技術(shù)人員可以結(jié)合實(shí)際情況選用消諧設(shè)備或非線性電阻并將其接入至互感器一次側(cè)中性點(diǎn)，這樣能夠有效提升電力系統(tǒng)的零序回路阻尼，從而通過消除鐵磁諧振能量的方式達(dá)到抑制諧振的效果。在不考慮其他因素的情況下，非線性電阻的阻值越高，諧振的實(shí)際抑制效果越好。然而，當(dāng)所接入的非線性電阻阻值過大時(shí)，不僅會(huì)影響零序電壓的實(shí)際測(cè)量結(jié)果，同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱情況。此外，當(dāng)其阻值過大時(shí)，若電力系統(tǒng)產(chǎn)生單相接地故障，則還會(huì)存在影響保護(hù)裝置正常行動(dòng)的概率。因此，相關(guān)技術(shù)人員、研究人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況，如電力系統(tǒng)規(guī)模、網(wǎng)絡(luò)狀況等相關(guān)條件針對(duì)性選擇合適的非線性電阻阻值；其二，將阻尼電阻合理接入至互感器開口三角處。從理論角度來看，當(dāng)電力系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，三角繞組開口位置的實(shí)際電壓應(yīng)當(dāng)為三相電壓之和，其最終結(jié)果為0［5］。若此時(shí)所出現(xiàn)的鐵磁諧振故障是由單相接地故障所引發(fā)的，則會(huì)導(dǎo)致零序電壓升高至原有的三倍左右，此時(shí)若使用接入阻尼電阻的方式則可以有效起到抑制鐵磁諧振的效果。在選擇阻尼電阻參數(shù)時(shí)，若不考慮其他因素，則所選則的阻值越小，其實(shí)際的鐵磁諧振抑制效果便會(huì)越強(qiáng)，但若在實(shí)際使用運(yùn)行期間其阻值過小，則可能會(huì)存在當(dāng)電力系統(tǒng)產(chǎn)生故障后三角繞組中產(chǎn)生大量環(huán)流的現(xiàn)象，此時(shí)不僅會(huì)對(duì)電阻本身產(chǎn)生不可逆的損害，如燒毀等，同時(shí)還可能存在壓熔絲熔斷的情況，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊懟ジ衅鳌４朔N方式在實(shí)際使用過程中存在因阻尼電阻參數(shù)選擇不當(dāng)而出現(xiàn)互感器繞組過載、電阻燒斷等相關(guān)問題。為有效避免或減少上述問題的出現(xiàn)，則可以結(jié)合實(shí)際情況將傳統(tǒng)的固定阻值電阻替換為單相可控電阻元件，同時(shí)動(dòng)態(tài)化測(cè)量并記錄電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的電壓偏移量，并將其作為依據(jù)選擇電阻阻值。這樣不僅可以有效起到消除鐵磁諧振能量的效果，同時(shí)也可以防止因電阻阻值過低而出現(xiàn)的各類問題。

2.2 二次側(cè)多點(diǎn)接地故障的防范措施

為有效確保二次側(cè)多點(diǎn)接地故障防范措施的應(yīng)用有效性與合理性，則首先需要明確該項(xiàng)故障的出現(xiàn)原因，如施工疏忽、線路絕緣裝置老化等。因此，在防范與解決該項(xiàng)故障時(shí)，不僅需要相關(guān)管理人員加強(qiáng)施工期間的監(jiān)督管理力度與巡檢頻率，同時(shí)還需要根據(jù)互感器類型使用多樣化的接地故障排查方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)化排查，從而確保第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)二次側(cè)多點(diǎn)接地故障問題并及時(shí)解決。現(xiàn)階段較為常用的互感器二次側(cè)多點(diǎn)接地故障的排查方法主要分為兩種，分別是電壓法與電阻法。電壓法是指利用專業(yè)測(cè)量設(shè)備分析是否存在接地情況，在實(shí)際測(cè)量過程中也可以根據(jù)實(shí)際情況的不同，通過查看端子箱中零相電壓小母線的對(duì)地電壓值進(jìn)行判斷；電阻法是指相關(guān)技術(shù)人員可以將可變電阻串聯(lián)在接地點(diǎn)與繼保室電聯(lián)之間，而后采用改變可變電阻值的方式觀察電流強(qiáng)弱，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)判斷是否存在接地故障的效果［6］。

3 結(jié)束語

綜上所述，我國各個(gè)行業(yè)對(duì)電力資源的需求越來越高，各個(gè)電力系統(tǒng)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了相應(yīng)的調(diào)整與改變。在此背景下，導(dǎo)致傳統(tǒng)的電磁式電壓互感器故障解決與應(yīng)對(duì)措施在實(shí)際應(yīng)用時(shí)無法切實(shí)解決新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)、新設(shè)計(jì)條件下的故障類型。為有效保障電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，則需要加強(qiáng)對(duì)鐵磁諧振故障以及其他故障類型的重視，并根據(jù)電力系統(tǒng)實(shí)際情況選擇科學(xué)、有效的故障防范與解決措施。