35kV矿井变电站发生分频谐振原因分析及防范措施

摘　要：本文通过对我公司一座35kV变电站多次发生烧损电压互感器的事故案例进行剖析，查找出了该系统容易激发分频谐振的类型和原因，制定了防范措施，以改进系统参数来避开谐振区域，从而确保了矿井安全供电。

关键词：分频谐振　防范措施

我公司电网拥有5座35kV变电站，其中4座变电站为区域性变电站，即在每个煤矿区域中心设有1座35kV变电站，将35kV电压降为6kV电压后，通过架空线路输送到各井口6kV配电所，然后再通过电缆配送到井下和地面各供电点。这4座35kV变电站的供出馈路一般有十几路。而另外1座35kV大水头变电站则为井口直供变电站，即将6kV电压直接由电缆供井下和地面负荷，而且配出的6kV馈路较多，共28路。该变电站自投运以来，每当出现单相接地故障时，就容易引起铁磁谐振过电压，多次导致电压互感器（以下简称PT）熔丝熔断、电压互感器自身烧损等事故，严重影响了矿井安全供电。

一、事故分析

1.通过对几次烧损PT过程的统计和分析，基本上均属于系统谐振引起，而难以避免的系统接地是引起谐振的激发因素。起初我们经验不足，还以为是由于原装PT为JDZJ-6干式绝缘浇铸型，复合绝缘薄弱，容量不足，过载过热引起烧损。后来更换为JSJW-6型五柱油浸式PT，同时根据其二次并联回路阻抗测算，选用的电压互感器规格为二次额定容量3级时320伏安，最大允许640伏安，此容量完全满足二次并联负载。但运行后仍然屡次发生烧损PT的事故。从每次事故发现，当系统发生单相接地时，变电站会出现PT保险熔断、相电压表指示不稳、6kV系统波动等异常现象，并且每次情况都不类同。于是，排除了产品质量和选配安装PT容量不足等疑惑，即进入深层方面的思考和研究，采取有效措施来遏制该类事故的频繁发生，以保障系统安全平稳运行。

2.供电系统发生不同频率的谐振，实际上与系统中导线对地分布电容的容抗XC和电压互感器运行的综合电感的感抗XL两者的比值XC/XL有直接的关系，从以下几点简述：

2.1当XC/XL的比值较小时，发生的谐振是分频谐振。其表现为：a、过电压倍数较低，一般不超过2.5倍的相电压；b、三相电压表指数同时升高，而且周期性摆动，线电压指数正常。

2.2当XC/XL的比值较大时，发生的谐振是高频谐振。其表现为：a、过电压倍数较高；b、三相电压表指数同时升高，最大值达相电压的4.5倍，线电压基本正常且稳定；c、谐振时过电流较小。

2.3当XC/XL的比值接近1时，发生的谐振频率与电网的频率相同，故称为基频谐振。其表现为：a、三相电压表指数表现为两相升高，一相降低，线电压正常；b、电流很大，往往导致PT熔丝熔断，甚至烧损PT; c、过电压倍数在3.2倍相电压倍数以内，伴有接地信号。

根据大水头变电站事故现象分析，该变电所发生的分频谐振属于基频谐振。

3.单相接地电容电流过大时容易激发铁磁谐振过电压。我公司电网是为矿井供电，主变压器均为Ynd11型接线，属中性点不接地系统。特别是矿井电网，因其大部分为电缆供电，若单相接地电流较大，加之井下环境潮湿恶劣，故障多，高压电缆经常发生单相漏电或单相接地故障。由于在相电压时PT特性已趋于饱和拐点，当系统中运行电压偏高并出现某些扰动(如单相接地故障)，就会促使PT饱和程度加剧，极易激发铁磁谐振过电压，致使母线电压互感器烧毁和熔断器熔断。配电网越大，电容电流越大，所以《煤矿安全规程》第423条规定：“矿井高压电网的单相接地电容电流不得大于20A，否则，必须采取限制措施”。为此，我们对魏家地变电站单相接地电容电流进行测量。

测量方法如下：

图1为中性点不接地电网的绝缘参数测量模型，c、r别为电网一相对地电容和对地绝缘电阻，图中假设各相绝缘参数对称。电网的任何一相（图中假设为A相）经附加电阻 和电流表A接地，接地电阻 选用500～1000Ω，接地电流可控制在几安培。通过理论计算，求出电网单相直接接地时的电流。计算公式为

式中 -电网单相直接接地电流

-电网单相经电阻接地的电流

-电网单相经电阻接地时的二次零序电压

-电压互感器二次线电压。

根据上述提出的测量方法，对大水头变电站的6kV电网进行测量后得到的数据及计算结果如下：

＝3.75 A， ＝12.8 V， ＝107 V

计算出该段母线电网单相接地电容电流为：

＝31.3 A

由以上测量数据可得，在忽略电网绝缘电阻时，电网总的单相接地电容电流为31.3A，已超过规程规定的20A标准值。

由此可见，大水头变电站发生分频谐振的事故原因是由于该系统电缆使用多，造成系统对地电容电流值过大，当发生单相接地时系统易产生分频谐振过电压。

二、防范措施

通过分析，我们采取治理分频谐振的方案，主要以改进系统参数以避开谐振区域。经多次论证，我们进行了如下技术改造：

1.在PT间隔换装了Y5W-10/30配电型低残压值的氧化锌避雷器，做过电压保护。

2.为防止由于电压升高致使JSJW-6型PT铁新饱和，采取将PT的一、二次中性点由原来的直接接地改为串联一台“FRX-6型复合电阻消谐器”接地。该消谐器可消除6kV系统有PT非线性引起的各种频率铁磁谐振，当系统发生单相断续接地、弧光接地时能有效限制流过PT高压绕组的过电流。

3.在PT的二次侧还并接了一个200W、100Ω 的有效电阻；三次侧（即开口三角绕组）输出端并接一个60Ω、500W线性阻尼电阻，有效消除铁磁谐振。

三、结语

通过改造，消弱了引起系统谐振的高次谐波，PT不再会承受高电压，不会超越V-A特性曲线保饱和部分，从而不会出现过大的激磁电流。自改造后，大水头变电站6kV系统虽多次发生单相接地故障，但再没有发生过电压烧损PT的事故，确保了矿井安全供电。去年，我公司在各35kV变电站都安装了MCR磁控式动态无功补偿装置，该装置有电抗器和电容器组成，不仅对系统的功率因数实时自动补偿，而且可以消除系统波，进一步提升了矿井供电可靠性。