基于35kV母线的PT谐振分析
目前在我国的35kV和10kV系统中，运行着大量的电磁式电压互感器（PT），当出现单相直接接地，单相弧光接地，母线空载时突然合闸等情况时，由于电压互感器铁心电感的非线性，很容易发生谐振[1]。当PT一次电感与系统对地电容满足谐振条件时，将产生很高的过电压和过电流，从而引起PT一次熔断器烧毁，甚至爆炸，严重威胁电网的安全运行[2-3]。
2015年9月某网区某110kV变电站35kV II母电磁式PT爆炸，笔者对故障录波图中A、B、C三相电压和相位的变化进行研究，认为此次事故主要是由于谐振引起的。通过分析设备情况和故障原因，采取了加装消谐器的措施，为谐振的预防提供了很好的借鉴[4-5]。
1 事件过程
2015年9月21日10时左右，某110kV变电站35kV II段母线PT本体发生故障，A、B、C共三相PT及其附属设备损坏, 进而导致#2主变中后备保护动作，跳开35kV分段300及302开关。同时35kV电压并列装置也由于过热烧毁，无法正常运行，同屏的交换机及35kV公用测控装置也由于直流失电导致通讯故障，数据无法正常上送。事故时，系统的运行方式如图1所示。
图1 事故前运行方式
2 现场设备的检查情况
2.1 一次设备的检查情况介电常数、介质损耗
变电检修人员对35kV I段、II段母线及其所有出线设备进行检查发现35kV II段母线PT间隔所有设备及附件均已损坏，PT（A、B、C共三相）及其附属设备爆裂损坏，35kV II段母线PT的高压保险及其支柱瓷瓶损坏，35kV II段母线的A、B、C共三相避雷器（有大面积放电痕迹）及其配套的避雷器放电计数器损坏，配套的6条引线损坏。
2.2 二次设备检查情况
（1）保护专业人员检查35kV电压并列装置，发现电压并列装置已被烧毁，外部电压进线已由于过热导致粘结，装置内部插件已有明显烧毁痕迹。同时测量同屏的交换机，并无短路现象，由临时的直流线路供电时也能正常恢复工作，数据正常上送；35kV公用测控装置试送电后也恢复正常运行。
（2）检查35kV II母PT端子箱至PT并列装置的绝缘，发现B、C两相对地绝缘不满足要求，初步判定由于PT爆炸导致绝缘降低。
3 故障分析
检查便携录波器对电压的录波数据，发现事故发生前从10：09开始，电压发生畸变，电压谐波开始增加，电压波动较大，如图2和图3所示。
图2 故障发生时电压录波图
图3 故障发生后电压录波图
由图3可知，此时A、B、C三相电压最大幅值都接近180V，而零序电压也能达到180V以上，电压波动较大，已达到了零序电压的报警值。由于谐振或者是用户用电产生较大谐波，二次谐波达到34V，三次谐波也有24V。
从10：17开始电压开始恢复类似正弦波形，此时A、B、C三相电压幅值分别是65V、98V、98V，零序电压也有38V，可以看出，A相明显偏小，同时谐波也变得很小，接近于0，同时主变中后备动作，跳开300和302开关，保护动作正确。
图4 10:17电压录波图
由电压录波图可知，该变电站35kV II段母线PT由于谐振导致电压升高，造成A、B、C共三相PT及其附属设备损坏，电压并列装置内部击穿短路导致装置被烧毁。
4 整改措施
（1）对同类型的PT以及PT并列装置进行检查及试验，发现问题及时处理。
（2）测试35kV系统电容电流，若电流大于10A，则应在主变35kV中性点安装消弧线圈。消弧线圈宜采用油浸式。
消弧线圈的补偿容量，可按式（1）计算：
（3）安装呈容性PT，提高抗谐振能力。呈容性PT与常规电磁式电压互感器主要区别在于其增大了一次绕组对地电容值。当发生过电压时，故障电流大部分通过对地电容形成回路，仅有很少一部分流过PT一次绕组，不会导致PT一次绕组因过流而熔断，发生爆炸。选择时，各个二次绕组容量均与先前的PT一致即可。
（4）安装消谐装置。本站选用的消谐器技术指标如表1所示。
表1 消谐器的主要技术参数
目前已安装35kV室外消谐器，安装示意图如图5所示。现已运行1年以上，该站目前未发生PT损坏事故。
图5 消谐器安装位置图
5 结论
通过对某网区某110kV变电站35kV II段母线PT及其附属件损坏原因进行分析，找出了此次PT爆炸的主要是由于谐振所导致的。通过整改，在35kV系统中性点加装了消谐装置。到目前m为止，该站35kV PT已经运行1年多，未发生谐振现象。同时，对出现谐振的情况，也可以对以上几种措施进行综合对比，选择有效的措施。