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摘要：水电厂的10kV系统在一台变压器短路等情况下会发生典型的谐振过电压事故。现结合谐振过电压的原因，从预防的经济性、可行性及有效性出发，探究出相对可行的防止过电压的措施。
关键词：水电厂；谐振过电压；变压器
作者简介：赵森林（1985-），男，四川成都人，二滩水电开发有限责任公司锦屏水力发电厂；郭大奎（1974-），男，四川成都人，二滩水电开发有限责任公司锦屏水力发电厂，工程师。（四川 西昌 615012）
中图分类号：TM622 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）03- 0157-02
现实运行中的电力系统，常常发生操作过电压、暂时过电压、雷电过电压等种种过电压的危险事件，电网暂态过电压的一类为谐振过电压。伴随电网的参数、容量、结构、运行方式等的改变非常容易将电压互感器励磁感抗和电网对地的容抗达到铁磁谐振的范围，从而引发谐振过电压。此类过电压一般延续时间比较长，如果不使用有效的防止及消除方法，经常长时间自保持，就引发电网之中绝缘相对单薄的设备烧毁，或者引发电压互感器长时间过励磁而烧毁，并且会引起相间短路和更为重大的电力系统事件。
一、事故概况
某水电厂，厂用电为10kV的电压等级，厂用电为单母分段接线。发电机出口2条10kV线路与厂用电系统连接。当时，该水电厂10kV系统产生了一项典型的谐振过电压事故。届时，停运#1号机组，#2号机组并网，10kV段母线上的出线一、出线二并列供电至系统。线路上一10kV变压器（180kVA，Y/Y0结线）因为长时间过度运行引起绝缘老化，引发高压绕组匝间短路，进而发展成为对地闪络，引起系统铁磁谐振。接着，2号发电机组发电机励磁保护、接地保护正确动作，开关跳闸。此时，10kV线路一、线路二届时由速断保护动作，开关跳闸。然后10kV母线接地信号消失，厂用电系统恢复稳定运行。
该10kV系统低压线路故障，变压器喷油、烧毁；此水电厂10kV母线上一相避雷器爆炸，一弧光灼烧和其余两相引发三相短路；低压侧可能引发过电压造成部分用电设备损坏。
二、原因分析
依据分析可以看出，此次事故因为一台变压器高压绕组匝间或者是层间短路，引发绕组接地，所产生的过电流使故障相高压保险熔断，引起电网的其余两相经带铁芯的电感接地，从而促使系统三相对地导纳的平衡状况遭受损坏，引发比较严重的中性点位移电压，继而促使系统铁磁谐振过电压造成的。
理论解析说明，伴着故障点的逐步进展，此故障相绕组所表现的阻抗快速变小在Y/Y0结线的变压器高压绕组绝缘呈现匝间或层间短路的时候，会产生高压绕组对低压绕组或者铁芯之间的电弧击穿，构成一点接地。如果不考虑匝间短路绕组的去磁效果及每段绕组间的互感影响等原因，它的故障等值接线图可简化，如图1所示。
由图1可知：故障变压器是Tk，电源变压器是T，故障相接地点是D，系统每相对地电容是C0。
在变压器Tk在任何一相高压绕组引发一点接地之时，系统中性点位移到故障点D。假设D点电位于故障接地以前是+ED，在D点接地，好比于故障点迭加上一个-ED电压。因为10kV中性点不接地系统，事实回路中仅仅有一个零序电压-ED起效。继而，能得出如图2所示的等效简化电路。
由图2可知：系统三相对地电容是3C0，故障相D点所表现的自感和互感之和是L；电源回中等值零序电阻是Rd；电源回路中各部分等值电感是Ld。
经过理论算出，在高压绕组当其引出线端和中性点中间的任何部位产生接地时能够近似得出电网中性点位移电压是：
（1）
由式（1）可知：故障则是＜1，变压器高压绕组接地点D的地方n’匝数和一相总匝数n的比。
通过分析能够得出，故障变压器高压绕组任一相在总匝数的1/3的位置产生一点接地的时候，过电压则是最严重的，中性点位移电压也是最高，能到达2.4U 左右。在谐振过程中，因为电压瞬间升高，更容易引起10kV电磁式电压互感器铁芯严重磁饱和的情况，励磁涌流也会迅速升高，并且引起危险的电动力及热击穿，会使电压互感器有可能喷油、烧毁。
该电厂 2号发电机组PT柜内10kV母线避雷器爆炸，重点原因为避雷器选型不合适引发的。（产品本身质量原因除外）此氧化锌避雷器是MWK10型，引进ABB公司的产品，它的额定电压UR是12.5kV，持续运行电压Ue是10kV。此产品只能运用在10kV中性点经小电阻或者消弧线圈接地的系统。针对中性点不接地10kV系统，特别要注意我国电网构成及分布、系统运行方式不一样；需要注意避开概率较高的谐振过电压及弧光接地过电压，因为它的效果时间长，常常是毫秒级，更长会达数秒钟，有很大的危害性。虽然氧化锌避雷器的通流容量比普阀型避雷器大很多的，但同样不能接受大于它自身允许持续运行电压值的持续作用。所以，在谐振过电压情况下，避雷器初始的动作电压太低就会引发热击穿继而产生爆炸。
在这样的情况下，低压侧用户可能会烧毁一些用电设备。主要原因是在10kV系统产生谐振之时，在故障变压器低压电网中引发了传递过电压。在变压器高压侧绕组出现匝间短路继而对地闪络的时候，因为三相对地阻抗不对称引发的中性点位移过电压，同样会经过电容藕合感应至低压电网之中，10kV系统的零序短路电流届时经过电磁感应至低压电网之上。所以，在低压电网的中性点不接地或者已接地而接地装置不佳、故障中烧断的时候，则会促使传递过电压从而导致低压用电设备的烧毁。
三、防止措施
对于上面的问题进行分析，结合现在10kV系统运行方式及设备情况，提出下列几种防止低压用电设备烧毁的方法。
1.加强运行管理
经长时间过度运行之后绝缘陈旧的变压器，引发层间短路或者高压侧绕组匝间短路是引起10kV系统铁磁谐振过电压的重点原因之一。相关部门对于变电站运行管理状况不佳，更是在投入运行后长时间处在“无人管理”的情况，也是促使变压器绝缘水平降低，烧损次数多的重要原因。所以，加大运行维护，对变压器的制造质量严格监管，按时实行防止性试验，为不可或缺的一项。不能让变压器长时间过度运行，并且应按时更换变压器油。
2.避雷器严格选型
过去几年里，区域性电网发展迅速，很多运行的电力设备是进口的。相同类型的产品电气参数差异较大，电力系统运行方式也不尽相同，所以设备选型的不同也可能引发事故。对于氧化锌避雷器选型，参考相应的国家标准和技术规范。针对中性点不接地10kV系统，需要按照下面的原则选取：氧化锌避雷器的额定电压：UR 15kV；氧化锌避雷器的允许持续运行电压：Uc 12.7kV；氧化锌避雷器的标称放电电流采取5kA。
3.串接电压互感器
因为变压器高压绕组匝间短路，对地绝缘击穿从而引发铁磁谐振过电压的可行方式，则是把电网变成中性点经消弧线圈接地，这种处理方法投资大，并且涉及范围广。本文建议使用于10kV母线电压互感器高压侧中性点串接一单相电压互感器的简易方式，同样能够得到不错的运行结果。这样做，不但变更了10kV系统零序网络之中的电容及电感参数，消除引发的种种谐振过电压及电压互感器铁芯磁饱，并能有效防止以上所述过电压下流过电压互感器的过电流，制止电压互感器烧毁破损。此外，换取使用有着同样消谐原理的新型JSZG—10抗铁磁谐振三相电压互感器，也是不错的方法。
4.低压侧装设氧化锌避雷器
防止在低压电网中引起传递过电压，需要确保变压器低压侧的中性点能够可靠接地。并且在变压器低压侧各相安装一只MYL—0.22型低压氧化锌避雷器。因为低压侧安装氧化锌避雷器，不但可以在雷击低压线路时保护变压器低压绕组，又可以防止低压侧过电压通过电磁感应窜至高压侧，击穿高压绕组绝缘的事故。
四、结语
近几年来，经过对谐振过电压的探究，专家普遍认为谐振过电压的产生取决于系统设备、参数及两者之间的匹配程度。该水电厂采用预防和治理措施之后，引起谐振过电压的情况得到了彻底的缓解，之后也没有产生任何谐振征兆，预防与治理效果显著。
参考文献：
[1]中华人民共和国建设部,城市电力规划规范GB50293-1999[S].北京:中国标准出版社,1999.
[2] 要焕年,等.电力系统谐振接地[M].北京:中国电力出版社,2005.
[3] 董振亚.城市配电网中性点接地方式的发展和改进[J].中国电力,1998(8).
[4] 华东勘测设计研究院,水力发电站厂用电规程DL/T5164-2002[Z].
（责任编辑：沈清）
关键词：水电厂；谐振过电压；变压器
作者简介：赵森林（1985-），男，四川成都人，二滩水电开发有限责任公司锦屏水力发电厂；郭大奎（1974-），男，四川成都人，二滩水电开发有限责任公司锦屏水力发电厂，工程师。（四川 西昌 615012）
中图分类号：TM622 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）03- 0157-02
现实运行中的电力系统，常常发生操作过电压、暂时过电压、雷电过电压等种种过电压的危险事件，电网暂态过电压的一类为谐振过电压。伴随电网的参数、容量、结构、运行方式等的改变非常容易将电压互感器励磁感抗和电网对地的容抗达到铁磁谐振的范围，从而引发谐振过电压。此类过电压一般延续时间比较长，如果不使用有效的防止及消除方法，经常长时间自保持，就引发电网之中绝缘相对单薄的设备烧毁，或者引发电压互感器长时间过励磁而烧毁，并且会引起相间短路和更为重大的电力系统事件。
一、事故概况
某水电厂，厂用电为10kV的电压等级，厂用电为单母分段接线。发电机出口2条10kV线路与厂用电系统连接。当时，该水电厂10kV系统产生了一项典型的谐振过电压事故。届时，停运#1号机组，#2号机组并网，10kV段母线上的出线一、出线二并列供电至系统。线路上一10kV变压器（180kVA，Y/Y0结线）因为长时间过度运行引起绝缘老化，引发高压绕组匝间短路，进而发展成为对地闪络，引起系统铁磁谐振。接着，2号发电机组发电机励磁保护、接地保护正确动作，开关跳闸。此时，10kV线路一、线路二届时由速断保护动作，开关跳闸。然后10kV母线接地信号消失，厂用电系统恢复稳定运行。
该10kV系统低压线路故障，变压器喷油、烧毁；此水电厂10kV母线上一相避雷器爆炸，一弧光灼烧和其余两相引发三相短路；低压侧可能引发过电压造成部分用电设备损坏。
二、原因分析
依据分析可以看出，此次事故因为一台变压器高压绕组匝间或者是层间短路，引发绕组接地，所产生的过电流使故障相高压保险熔断，引起电网的其余两相经带铁芯的电感接地，从而促使系统三相对地导纳的平衡状况遭受损坏，引发比较严重的中性点位移电压，继而促使系统铁磁谐振过电压造成的。
理论解析说明，伴着故障点的逐步进展，此故障相绕组所表现的阻抗快速变小在Y/Y0结线的变压器高压绕组绝缘呈现匝间或层间短路的时候，会产生高压绕组对低压绕组或者铁芯之间的电弧击穿，构成一点接地。如果不考虑匝间短路绕组的去磁效果及每段绕组间的互感影响等原因，它的故障等值接线图可简化，如图1所示。
由图1可知：故障变压器是Tk，电源变压器是T，故障相接地点是D，系统每相对地电容是C0。
在变压器Tk在任何一相高压绕组引发一点接地之时，系统中性点位移到故障点D。假设D点电位于故障接地以前是+ED，在D点接地，好比于故障点迭加上一个-ED电压。因为10kV中性点不接地系统，事实回路中仅仅有一个零序电压-ED起效。继而，能得出如图2所示的等效简化电路。
由图2可知：系统三相对地电容是3C0，故障相D点所表现的自感和互感之和是L；电源回中等值零序电阻是Rd；电源回路中各部分等值电感是Ld。
经过理论算出，在高压绕组当其引出线端和中性点中间的任何部位产生接地时能够近似得出电网中性点位移电压是：
（1）
由式（1）可知：故障则是＜1，变压器高压绕组接地点D的地方n’匝数和一相总匝数n的比。
通过分析能够得出，故障变压器高压绕组任一相在总匝数的1/3的位置产生一点接地的时候，过电压则是最严重的，中性点位移电压也是最高，能到达2.4U 左右。在谐振过程中，因为电压瞬间升高，更容易引起10kV电磁式电压互感器铁芯严重磁饱和的情况，励磁涌流也会迅速升高，并且引起危险的电动力及热击穿，会使电压互感器有可能喷油、烧毁。
该电厂 2号发电机组PT柜内10kV母线避雷器爆炸，重点原因为避雷器选型不合适引发的。（产品本身质量原因除外）此氧化锌避雷器是MWK10型，引进ABB公司的产品，它的额定电压UR是12.5kV，持续运行电压Ue是10kV。此产品只能运用在10kV中性点经小电阻或者消弧线圈接地的系统。针对中性点不接地10kV系统，特别要注意我国电网构成及分布、系统运行方式不一样；需要注意避开概率较高的谐振过电压及弧光接地过电压，因为它的效果时间长，常常是毫秒级，更长会达数秒钟，有很大的危害性。虽然氧化锌避雷器的通流容量比普阀型避雷器大很多的，但同样不能接受大于它自身允许持续运行电压值的持续作用。所以，在谐振过电压情况下，避雷器初始的动作电压太低就会引发热击穿继而产生爆炸。
在这样的情况下，低压侧用户可能会烧毁一些用电设备。主要原因是在10kV系统产生谐振之时，在故障变压器低压电网中引发了传递过电压。在变压器高压侧绕组出现匝间短路继而对地闪络的时候，因为三相对地阻抗不对称引发的中性点位移过电压，同样会经过电容藕合感应至低压电网之中，10kV系统的零序短路电流届时经过电磁感应至低压电网之上。所以，在低压电网的中性点不接地或者已接地而接地装置不佳、故障中烧断的时候，则会促使传递过电压从而导致低压用电设备的烧毁。
三、防止措施
对于上面的问题进行分析，结合现在10kV系统运行方式及设备情况，提出下列几种防止低压用电设备烧毁的方法。
1.加强运行管理
经长时间过度运行之后绝缘陈旧的变压器，引发层间短路或者高压侧绕组匝间短路是引起10kV系统铁磁谐振过电压的重点原因之一。相关部门对于变电站运行管理状况不佳，更是在投入运行后长时间处在“无人管理”的情况，也是促使变压器绝缘水平降低，烧损次数多的重要原因。所以，加大运行维护，对变压器的制造质量严格监管，按时实行防止性试验，为不可或缺的一项。不能让变压器长时间过度运行，并且应按时更换变压器油。
2.避雷器严格选型
过去几年里，区域性电网发展迅速，很多运行的电力设备是进口的。相同类型的产品电气参数差异较大，电力系统运行方式也不尽相同，所以设备选型的不同也可能引发事故。对于氧化锌避雷器选型，参考相应的国家标准和技术规范。针对中性点不接地10kV系统，需要按照下面的原则选取：氧化锌避雷器的额定电压：UR 15kV；氧化锌避雷器的允许持续运行电压：Uc 12.7kV；氧化锌避雷器的标称放电电流采取5kA。
3.串接电压互感器
因为变压器高压绕组匝间短路，对地绝缘击穿从而引发铁磁谐振过电压的可行方式，则是把电网变成中性点经消弧线圈接地，这种处理方法投资大，并且涉及范围广。本文建议使用于10kV母线电压互感器高压侧中性点串接一单相电压互感器的简易方式，同样能够得到不错的运行结果。这样做，不但变更了10kV系统零序网络之中的电容及电感参数，消除引发的种种谐振过电压及电压互感器铁芯磁饱，并能有效防止以上所述过电压下流过电压互感器的过电流，制止电压互感器烧毁破损。此外，换取使用有着同样消谐原理的新型JSZG—10抗铁磁谐振三相电压互感器，也是不错的方法。
4.低压侧装设氧化锌避雷器
防止在低压电网中引起传递过电压，需要确保变压器低压侧的中性点能够可靠接地。并且在变压器低压侧各相安装一只MYL—0.22型低压氧化锌避雷器。因为低压侧安装氧化锌避雷器，不但可以在雷击低压线路时保护变压器低压绕组，又可以防止低压侧过电压通过电磁感应窜至高压侧，击穿高压绕组绝缘的事故。
四、结语
近几年来，经过对谐振过电压的探究，专家普遍认为谐振过电压的产生取决于系统设备、参数及两者之间的匹配程度。该水电厂采用预防和治理措施之后，引起谐振过电压的情况得到了彻底的缓解，之后也没有产生任何谐振征兆，预防与治理效果显著。
参考文献：
[1]中华人民共和国建设部,城市电力规划规范GB50293-1999[S].北京:中国标准出版社,1999.
[2] 要焕年,等.电力系统谐振接地[M].北京:中国电力出版社,2005.
[3] 董振亚.城市配电网中性点接地方式的发展和改进[J].中国电力,1998(8).
[4] 华东勘测设计研究院,水力发电站厂用电规程DL/T5164-2002[Z].
（责任编辑：沈清）