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广西电力
GUANGXIELECTRICPOWER2010年8月Vol33No.4
消谐装置导致电压互感器烧毁事故分析
AnalysisofaBurnoutFaultofVoltageTransformerCausedbyHarmonic
EliminationDevice
彭泽华，黑绥亚，何俊良
PENGZe-hua，HEISui-ya，HEJun-liang
（广西电网公司南宁供电局，广西
南宁530031）
摘要：针对一起消谐装置导致的电压互感器(以下简称TV)烧毁事故，介绍了TV谐振产生的机理和常见的消除方法。通过事故原因调查，指出TV二次消谐装置选型中的误区，并给出正确的选型办法。对于如何彻底消除TV铁磁谐振提出了建议。
关键词：电压互感器；铁磁谐振；消谐装置中图分类号：TM451文献标志码：B
文章编号：1671-8380（2010）04-0038-02
在电力系统中，为了监测发、变电站母线对地电
压，通常在发电机或变电站母线上装TV。由于TV一次侧接地运行，当进行某些操作时（例如中性点不接地系统非同期合闸、或接地故障消失后），TV的励磁阻抗与系统的对地电容形成非线性谐振回路。由于回路参数及外界激发条件的不同，可能造成分频、工频或高频铁磁谐振过电压。统计表明，电磁式TV引起的铁磁谐振过电压是中性点不接地系统中最常见、且造成事故最多的一种内部过电压，会引起TV高压保险烧毁或TV本身爆炸、继电保护装置误动、计量不准等后果，严重威胁电网的安全稳定运行。
TV谐振产生有两个必要条件：一是中性点存在
不平衡电压，二是系统的电容阻值XC0和电感阻值XLE的比值在一定范围。如果破坏其中任意一个条件，就能有效防止TV谐振的发生，以下是几种常见的消除TV谐振的方法：①选用励磁特性较好的TV；②TV中性点经消谐器和小电阻接地；③TV开口三角绕组接电阻或消谐装置；④改变系统的电容或电感参数。
2一起消谐装置引起的TV烧毁事故
2.1事故过程
2009年5月28日10∶49，某110kV变电站后台机发“10kVI母PT消谐装置投入”信号，1号主变、10kVI段母线上所有馈线和电容器“电压回路断线”信号牌亮，该变电站10kVI段母线所有电压均显示为零，但各元件负荷电流正常。巡检人员检查发现，10kVI母TV三相均已烧毁，汇报调度后，即所行断开该TV刀闸，经变电维护人员更换TV后，有设备恢复正常。没过几天，6月3日13∶25，该变电站10kVII母TV也发生了炸裂，事故现象和过程与上一次极为相似。2.2事故原因分析
由于这2组TV均已烧毁得严重变形，无法判断何处绝缘击穿或绕组短路。经检查发现该站10
1TV铁磁谐振产生的机理及消除方法
TV铁磁谐振的产生从根本上说是由于铁磁元
件的磁饱和现象，TV饱和后的电感值呈非线性特性，电感值是随着电流（磁链）的增加而逐渐减小。电感值不再是常数，回路没有固定的谐振频率，因此，既可能产生高次谐波，也可能产生基波谐振和分次谐振。
TV的谐振回路是由TV或消弧线圈的非线性电感和电网的对地电容引起的。根据H.A.Peterson曲线可知[1]，系统的电容阻值XC0和电感阻值XLE满足XC0/XLE=0.01~0.07时，可能发生分频谐振；XC0/XLE=0.07~0.55时，可能发生基频谐振；XC0/XLE=0.55~2.8时，可能发生高频谐振；XC0/XLE＜0.01或大于3时，则发生谐振的可能性很小。
收稿日期：2009-10-11；修回日期：2010-06-06
2010年8月Vol33No.4
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GUANGXIELECTRICPOWER
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kVI母和II母TV均为某厂家同一型号的产品，在TV的开口三角侧也均接有同一型号的消谐器。由于这2组TV投产前的耐压试验和伏安特性试验均满足行业标准要求，故初步怀疑接在开口三角侧的消谐器在接入阻尼电阻时产生的能量是造成TV二次绕组严重过载而炸裂的原因。
该消谐器为国内某厂生产的FXG2型，其原理图如图1所示，它由两部分构成：串联谐振检频回路；主要元件为消谐管的消谐回路。串联谐振检频回电压继电器YJ、电容器3部分串联构路由电抗器、成，接在TV的开口三角侧。串联电抗器和电容器设计为谐振频率25Hz的串联谐振元件，当开口三角侧电压3U0为25Hz的分频电压时，发生串联谐振，YJ动作。YJ动作后接通消谐回路，在TV的开口三角侧接入阻尼电阻而阻止谐振过电压的发生，同时向变电站监控后台机发“消谐装置投入”信号。根据说明书，串联谐振检频回路动作电压设计为：25Hz时动作电压35V，工频电压下动作值则为140V，高频电压下动作值更高（说明书未具体说明）。可见该消谐装置主要对分频谐振起作用，对高频谐振和工频谐振，由于电容器和电感器组成的串联谐振回路不会发生串联谐振，YJ上承担的电压较小而很难动作。
小，造成TV二次绕组过流损坏一、二次绕组主绝缘，导致一次绕组烧毁。另一方面，由于该消谐器仅
对分频谐振有效，对工频和高频谐振几乎无效，则TV仍然会遭受工频和高频谐振的冲击，同样也会对TV的铁芯和线圈造成损伤，破坏TV的绝缘，缩短TV的使用寿命。
根据GB1207—2006《电磁式电压互感器》要求，TV铭牌标注的开口三角绕组的极限热额定值是以持续8h为基准。因此在TV开口三角处接消谐电阻或类似消谐电阻的电灯泡，应该以该极限热额定值为参考依据。如果TV二次绕组额定电压为100V/3V，TV开口三角绕组的极限热额定值为150VA，由于不接地系统发生接地故障时，开口三角处的电压理论上会到达100V，则消谐电阻的电阻值不要低于66Ω。如果选用100V的专用灯泡，功率建议选择150W；如果选用常用220V灯泡，功率建议选择750W或者5只150W的灯泡并联。
3建议
消除TV铁磁谐振最可靠办法是改变TV的铁磁元件，最好是更换成电容式TV或容性TV，对电力设计单位和设备维护部门提以下建议供参考：
1)由于系统的XC0与XLE的比值小于0.01或大于3时，很难发生铁磁谐振。因此选用励磁特性较好的电磁式TV，并在电网容性电流允许的条件下，拆除消谐装置。
2）目前呈容性的抗谐振TV已在国内大量生产，新建变电站应优先选用这类TV。对于已投运的电磁式TV，如果该站发生谐振较频繁，也应通过技改逐渐换成抗谐振的容性TV。
图1消谐器的原理示意图
3）对于确实需要安装二次消谐的，设计单位在设备选型时，应注意消谐装置的功率和TV热稳定极限值的配合，杜绝出现消谐电阻的功率大于TV二次极限热稳定值的情况。对于已运行的消谐电阻过小的消谐器，要尽快拆除或者更换成功率适当的电灯泡。
参考文献[1][2][3][4]
高鹏.非有效接地系统中电压互感器防谐振措施研究[J].电网与水利发电进展，2008，24（1）：24-28.
张纬钹.过电压防护及绝缘配合[M].北京：清华大学出版社，2002.
王锡凡.电力系统工程[M].西安：西安交通大学出版社，1998.
GB1207—2006，电磁式电压互感器
[S].
调取主变保护的故障录波，显示TV烧毁前，其
开口三角侧零序电压的畸变波形幅值一度达到105V，由于该零序电压含有25Hz的分频谐波，可以使得电压继电器YJ动作。实测阻尼电阻R1的电阻值，10次测得的均值为9.8Ω，根据公式P=U2/R可知，此时该阻尼电阻的功率可达到1000VA以上。根据该TV厂家提供的铭牌数据，该型号TV二次侧的极限热额定值为150VA，可见该阻尼电阻的投入，足以导致该TV严重过载。2.3事故结论
根据以上分析，该变电站2组TV先后烧毁的最可能的原因是该分频器的阻尼电阻R1的阻值过
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消谐装置导致电压互感器烧毁事故分析
AnalysisofaBurnoutFaultofVoltageTransformerCausedbyHarmonic
EliminationDevice
彭泽华，黑绥亚，何俊良
PENGZe-hua，HEISui-ya，HEJun-liang
（广西电网公司南宁供电局，广西
南宁530031）
摘要：针对一起消谐装置导致的电压互感器(以下简称TV)烧毁事故，介绍了TV谐振产生的机理和常见的消除方法。通过事故原因调查，指出TV二次消谐装置选型中的误区，并给出正确的选型办法。对于如何彻底消除TV铁磁谐振提出了建议。
关键词：电压互感器；铁磁谐振；消谐装置中图分类号：TM451文献标志码：B
文章编号：1671-8380（2010）04-0038-02
在电力系统中，为了监测发、变电站母线对地电
压，通常在发电机或变电站母线上装TV。由于TV一次侧接地运行，当进行某些操作时（例如中性点不接地系统非同期合闸、或接地故障消失后），TV的励磁阻抗与系统的对地电容形成非线性谐振回路。由于回路参数及外界激发条件的不同，可能造成分频、工频或高频铁磁谐振过电压。统计表明，电磁式TV引起的铁磁谐振过电压是中性点不接地系统中最常见、且造成事故最多的一种内部过电压，会引起TV高压保险烧毁或TV本身爆炸、继电保护装置误动、计量不准等后果，严重威胁电网的安全稳定运行。
TV谐振产生有两个必要条件：一是中性点存在
不平衡电压，二是系统的电容阻值XC0和电感阻值XLE的比值在一定范围。如果破坏其中任意一个条件，就能有效防止TV谐振的发生，以下是几种常见的消除TV谐振的方法：①选用励磁特性较好的TV；②TV中性点经消谐器和小电阻接地；③TV开口三角绕组接电阻或消谐装置；④改变系统的电容或电感参数。
2一起消谐装置引起的TV烧毁事故
2.1事故过程
2009年5月28日10∶49，某110kV变电站后台机发“10kVI母PT消谐装置投入”信号，1号主变、10kVI段母线上所有馈线和电容器“电压回路断线”信号牌亮，该变电站10kVI段母线所有电压均显示为零，但各元件负荷电流正常。巡检人员检查发现，10kVI母TV三相均已烧毁，汇报调度后，即所行断开该TV刀闸，经变电维护人员更换TV后，有设备恢复正常。没过几天，6月3日13∶25，该变电站10kVII母TV也发生了炸裂，事故现象和过程与上一次极为相似。2.2事故原因分析
由于这2组TV均已烧毁得严重变形，无法判断何处绝缘击穿或绕组短路。经检查发现该站10
1TV铁磁谐振产生的机理及消除方法
TV铁磁谐振的产生从根本上说是由于铁磁元
件的磁饱和现象，TV饱和后的电感值呈非线性特性，电感值是随着电流（磁链）的增加而逐渐减小。电感值不再是常数，回路没有固定的谐振频率，因此，既可能产生高次谐波，也可能产生基波谐振和分次谐振。
TV的谐振回路是由TV或消弧线圈的非线性电感和电网的对地电容引起的。根据H.A.Peterson曲线可知[1]，系统的电容阻值XC0和电感阻值XLE满足XC0/XLE=0.01~0.07时，可能发生分频谐振；XC0/XLE=0.07~0.55时，可能发生基频谐振；XC0/XLE=0.55~2.8时，可能发生高频谐振；XC0/XLE＜0.01或大于3时，则发生谐振的可能性很小。
收稿日期：2009-10-11；修回日期：2010-06-06
2010年8月Vol33No.4
广西电力
GUANGXIELECTRICPOWER
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kVI母和II母TV均为某厂家同一型号的产品，在TV的开口三角侧也均接有同一型号的消谐器。由于这2组TV投产前的耐压试验和伏安特性试验均满足行业标准要求，故初步怀疑接在开口三角侧的消谐器在接入阻尼电阻时产生的能量是造成TV二次绕组严重过载而炸裂的原因。
该消谐器为国内某厂生产的FXG2型，其原理图如图1所示，它由两部分构成：串联谐振检频回路；主要元件为消谐管的消谐回路。串联谐振检频回电压继电器YJ、电容器3部分串联构路由电抗器、成，接在TV的开口三角侧。串联电抗器和电容器设计为谐振频率25Hz的串联谐振元件，当开口三角侧电压3U0为25Hz的分频电压时，发生串联谐振，YJ动作。YJ动作后接通消谐回路，在TV的开口三角侧接入阻尼电阻而阻止谐振过电压的发生，同时向变电站监控后台机发“消谐装置投入”信号。根据说明书，串联谐振检频回路动作电压设计为：25Hz时动作电压35V，工频电压下动作值则为140V，高频电压下动作值更高（说明书未具体说明）。可见该消谐装置主要对分频谐振起作用，对高频谐振和工频谐振，由于电容器和电感器组成的串联谐振回路不会发生串联谐振，YJ上承担的电压较小而很难动作。
小，造成TV二次绕组过流损坏一、二次绕组主绝缘，导致一次绕组烧毁。另一方面，由于该消谐器仅
对分频谐振有效，对工频和高频谐振几乎无效，则TV仍然会遭受工频和高频谐振的冲击，同样也会对TV的铁芯和线圈造成损伤，破坏TV的绝缘，缩短TV的使用寿命。
根据GB1207—2006《电磁式电压互感器》要求，TV铭牌标注的开口三角绕组的极限热额定值是以持续8h为基准。因此在TV开口三角处接消谐电阻或类似消谐电阻的电灯泡，应该以该极限热额定值为参考依据。如果TV二次绕组额定电压为100V/3V，TV开口三角绕组的极限热额定值为150VA，由于不接地系统发生接地故障时，开口三角处的电压理论上会到达100V，则消谐电阻的电阻值不要低于66Ω。如果选用100V的专用灯泡，功率建议选择150W；如果选用常用220V灯泡，功率建议选择750W或者5只150W的灯泡并联。
3建议
消除TV铁磁谐振最可靠办法是改变TV的铁磁元件，最好是更换成电容式TV或容性TV，对电力设计单位和设备维护部门提以下建议供参考：
1)由于系统的XC0与XLE的比值小于0.01或大于3时，很难发生铁磁谐振。因此选用励磁特性较好的电磁式TV，并在电网容性电流允许的条件下，拆除消谐装置。
2）目前呈容性的抗谐振TV已在国内大量生产，新建变电站应优先选用这类TV。对于已投运的电磁式TV，如果该站发生谐振较频繁，也应通过技改逐渐换成抗谐振的容性TV。
图1消谐器的原理示意图
3）对于确实需要安装二次消谐的，设计单位在设备选型时，应注意消谐装置的功率和TV热稳定极限值的配合，杜绝出现消谐电阻的功率大于TV二次极限热稳定值的情况。对于已运行的消谐电阻过小的消谐器，要尽快拆除或者更换成功率适当的电灯泡。
参考文献[1][2][3][4]
高鹏.非有效接地系统中电压互感器防谐振措施研究[J].电网与水利发电进展，2008，24（1）：24-28.
张纬钹.过电压防护及绝缘配合[M].北京：清华大学出版社，2002.
王锡凡.电力系统工程[M].西安：西安交通大学出版社，1998.
GB1207—2006，电磁式电压互感器
[S].
调取主变保护的故障录波，显示TV烧毁前，其
开口三角侧零序电压的畸变波形幅值一度达到105V，由于该零序电压含有25Hz的分频谐波，可以使得电压继电器YJ动作。实测阻尼电阻R1的电阻值，10次测得的均值为9.8Ω，根据公式P=U2/R可知，此时该阻尼电阻的功率可达到1000VA以上。根据该TV厂家提供的铭牌数据，该型号TV二次侧的极限热额定值为150VA，可见该阻尼电阻的投入，足以导致该TV严重过载。2.3事故结论
根据以上分析，该变电站2组TV先后烧毁的最可能的原因是该分频器的阻尼电阻R1的阻值过