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|气体绝缘金属封闭开关设备的电压互感器谐振问题及解决措施


中国长江电力股份有限公司向家坝水力发电厂的研究人员贾敬礼 ， 在2020年第8期《电气技术》杂志上撰文 ， 通过实际解决一起气体绝缘金属封闭开关设备开关断口并联均压电容与进线电压互感器发生铁磁谐振过电压的案例 ， 分析总结了电压互感器谐振产生的原因和解决措施 ， 并就气体绝缘金属封闭开关设备电压互感器安装位置对电站运行维护的影响进行了分析探讨 。
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电压互感器（potential transformer, PT）作为电压监测和保护采样的重要电力设备 ， 通常会布置于电站开关站进线、出线以及母线回路 。 目前除部分出线采用电容式电压互感器（capacitor voltage transformers, CVT） ， 罐装式电磁式电压互感器则被广泛应用在气体绝缘金属封闭开关设备（gas insulated switchgear, GIS）中 。
由于电磁式电压互感器存在进入饱和区后呈现非线性的特点 ， 一旦和对应回路中的电容元件组成振荡回路 ， 就可能激发持续时间较长的铁磁谐振过电压 ， 造成PT损坏 ， 极端情况下影响系统安全运行 。
某电站500kV GIS开关站投运后 ， 在进线回路停电操作过程中多次发生PT三分频谐振问题 ， 严重威胁电站设备的安全稳定运行 。 本文在分析总结500kV进线PT谐振产生的原因和解决措施的基础上 ， 对进线PT布置方式进行了探讨和分析 。
1 概述
某电站500kV GIS进线短引线停电过程中 ， 即在进线隔离刀闸50316断开的情况下 ， J4YH所在的短引线回路停电时 ， 运行操作进线开关5032、5031开关依次由运行转热备用后进线PT J4YH均会发生三分频铁磁谐振 。 发生谐振的相别存在随机性 ， 谐振峰值电压约为额定值的2.5～3.0倍 ， 在上述进线开关均转冷备用后 ， 谐振现象消失 。 主接线示意图如图1所示 ， 谐振波形如图2所示 。
为避免PT长时间谐振 ， 向调度部门申请将原进线短引线停电的操作由进线开关依次转热备用后再转冷备用的方式调整为中开关直接由运行转冷备用后 ， 边开关再由运行转冷备用 。 通过优化操作顺序 ， 减少了开关热备用时间 ， 短时间内有效地保证了设备安全 ， 但并未彻底解决谐振的问题 。
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图1 某电站第3串进线主接线示意图

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图2 进线PT典型的三分频谐振录波图
2 谐振问题电路建模分析
通过对主接线图进行建模分析 ， 将进线短引线回路等效为如图3所示电路模型 。 根据电路模型分析电压互感器发生谐振的原因是断路器在投运或调试过程中进行切断操作 ， 接入的断路器均压电容和GIS系统对地电容以及电压互感器的非线性电感构成LC回路 ， 电容与电感发生匹配 ， 电压互感器产生铁磁谐振 。
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图3 PT谐振问题电路模型
图3中 ， C1为断路器均压电容 ， C2为全部对地电容 ， RB为二次负荷 ， RE为铁磁损耗 ， RCu为高压绕组电阻 ， L为电压互感器电感 ， U0为电压源 ， Rx为消谐装置电阻 ， Lx为消谐装置电感 ， Re为外部线路对地电阻 。
根据断路器均压电容以及短引线对地电容值的大小 ， 结合PT自身的结构参数进行了谐振模拟仿真分析计算 。 当两个开关同时热备用时 ， C1= 1080pF ， C2=1753pF ， 电压仿真波形如图4所示 。
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图4 一次绕组电压仿真波形（两个开关热备）


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