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        電壓互感器鐵磁諧振原因與對策

        2011-10-20 09:49:30福建龍海市供電有限公司曾寶瓊
        河南科技 2011年22期
        關(guān)鍵詞:熱敏電阻鐵磁限流

        福建龍海市供電有限公司 曾寶瓊

        電壓互感器鐵磁諧振原因與對策

        福建龍海市供電有限公司 曾寶瓊

        鐵磁諧振是電力系統(tǒng)中常見的故障現(xiàn)象,如何正確分析、判斷和處理諧振故障仍然是今后要繼續(xù)深入探討的問題。采取有效措施使諧振危害降低到最低限度,是電網(wǎng)的安全運(yùn)行的保證。

        我國35 kV 及以下電力系統(tǒng)一般采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),為了監(jiān)視對地絕緣及測量儀表,通常將電壓互感器(Potential Transformer,簡稱PT)的中性點(diǎn)直接接地。在正常狀態(tài)下運(yùn)行時,不會產(chǎn)生嚴(yán)重的振蕩。但當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障或者由于某種原因(如雷電、大風(fēng)、導(dǎo)線接地短路、合空載母線)使電網(wǎng)參數(shù)發(fā)生變化時,如果不采取適當(dāng)?shù)拇胧蜁ぐl(fā)諧振,引起過電壓。PT在正常工作電壓下,通常鐵芯磁通密度不高,鐵芯并不飽和,如在過電壓下鐵芯飽和了,電感會迅速降低,從而與電容產(chǎn)生諧振,這時的諧振被稱為鐵磁諧振。電力系統(tǒng)出現(xiàn)鐵磁諧振時,將出現(xiàn)高于額定電壓幾倍至幾十倍的過電壓和過電流,導(dǎo)致PT高壓熔斷器熔斷、瓷絕緣閃絡(luò)、避雷器爆炸、PT燒毀等事故發(fā)生,嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

        一、鐵磁諧振的產(chǎn)生機(jī)理

        在中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中,為了測量三相對地電壓和監(jiān)視對地絕緣,PT 的中性點(diǎn)直接接地。圖1 為一個典型的變電站母線接線圖,其中L0、C0為導(dǎo)線的電感和對地電容,L 為互感器的勵磁電感。

        發(fā)生諧振時,互感器一相、兩相或三相繞組電壓升高,進(jìn)而引起各相導(dǎo)線對地電壓發(fā)生變動,在整個系統(tǒng)內(nèi),對地電壓的變動表現(xiàn)為電源變壓器的中性點(diǎn)“O”的位移,被稱為電網(wǎng)中性點(diǎn)的位移。中性點(diǎn)的位移電壓就是電網(wǎng)的對地零序電壓,因此諧振現(xiàn)象是在零序回路內(nèi)產(chǎn)生的。正常情況下,PT的鐵芯不會飽和,線圈感抗大于線路容抗。遇故障消失或合空載母線、雷擊、線路接地時導(dǎo)線對地電位發(fā)生突然變化,三相電位有升有降,電容的涌流流經(jīng)PT線圈,電流大增,PT的線圈由不飽和變成飽和。當(dāng)涌流增大到一定數(shù)值后,就構(gòu)成諧振的條件,產(chǎn)生了諧振,在一定條件下激發(fā)產(chǎn)生持續(xù)的較高幅值的鐵磁諧振過電壓。電力系統(tǒng)中經(jīng)常會發(fā)生鐵磁諧振過電壓現(xiàn)象,鐵磁諧振不僅可在基頻下發(fā)生,也可在高頻和低頻下發(fā)生。當(dāng)諧振發(fā)生時PT的鐵芯處于高度飽和狀態(tài),其表現(xiàn)形式有:偶相對地電壓升高,勵磁電流過大,或以低頻擺動,引起絕緣閃絡(luò)、避雷器炸裂、高值零序電壓分量產(chǎn)生、虛幻接地現(xiàn)象出現(xiàn)和不正確的接地指示動作,嚴(yán)重時還可能誘發(fā)保護(hù)誤動作或在PT中出現(xiàn)過電流,導(dǎo)致PT燒壞。

        二、各種消諧措施及分析

        1. 改變PT 參數(shù)。選用勵磁特性較好的PT,使之不容易發(fā)生磁飽和。為此,應(yīng)減小鐵芯磁通密度,即增大鐵芯的截面積,但考慮生產(chǎn)成本等問題,這是不現(xiàn)實(shí)的??稍谕婚g隔安裝同廠家同批次生產(chǎn)的PT,這樣可消除三相電壓不平衡現(xiàn)象,從客觀上增強(qiáng)PT 自身的免疫能力。

        2. 采用PT 二次側(cè)消諧措施。在PT 開口三角加裝線性阻尼電阻或燈泡,此種方法簡單、易于實(shí)施,在PT 的勵磁特性較好時,可起到零序阻尼作用。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生間歇性弧光放電接地故障時,由于電阻的接入,將使PT 一次側(cè)繞組的電流顯著增大,增加了PT 燒損的可能性。當(dāng)發(fā)生持續(xù)穩(wěn)定的單相接地故障時,電阻的容量難以滿足要求,而且PT 的容量也難以滿足要求。在PT 開口三角繞組加裝可控硅多功能消諧裝置,當(dāng)PT 發(fā)生各種諧振時,能瞬時多次短接PT開口三角繞組,進(jìn)行消諧,具有較好的消諧效果。但其不能限制PT一次涌流,PT 爆保險(xiǎn)得不到有效控制。而且如果遇到由于線路斷線等原因造成的諧振,則很容易誤判為PT 飽和引起的諧振,可控硅導(dǎo)通后諧振無法消除,如果不及時退出消諧,則會燒損PT。

        3.采用 PT 一次側(cè)消諧措施。高壓側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)非線性電阻接地或加裝LXQ型消諧器,等價于每相對地串接電阻,能起到消耗能量、阻尼和抑制諧振的作用,還能限制PT中的電流,特別是限制斷續(xù)弧光接地時流過PT的高幅值過電流,相應(yīng)地也能減小每相PT的電壓,也就相當(dāng)于改善它的伏安特性。采取這種措施雖基本滿足了系統(tǒng)的消諧要求,但在過渡過程的前幾個周波內(nèi),流過PT的一次側(cè)勵磁電流仍較大,而且還使中性點(diǎn)位移,進(jìn)而使三相電壓不平衡。在單項(xiàng)接地故障消失、系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行后,開口三角上仍輸出較高的零序電壓,可能會使所接電壓繼電器動作,或迷惑運(yùn)行人員造成誤判斷。福建龍海市供電有限公司在2005年開始在10 kV及35 kV電壓等級試用LXQ型消諧器,但運(yùn)行中發(fā)生多次消諧器過熱斷裂及中性點(diǎn)位移引起三相電壓不平衡問題,試用效果并不理想。

        4. 高壓側(cè)中性點(diǎn)串單相PT。將PT 開口三角繞組短接,并在三相PT 的中性點(diǎn)和大地之間串接一個單相PT。這種接線的零序特性曲線為三相PT零序特性和單相PT伏安特性疊加,即單相PT接入后,每相的伏安特性比三相PT高陡,使得引發(fā)鐵磁諧振的最低動作電壓提高到極大的數(shù)值,就不容易產(chǎn)生諧振。但采取此種措施一次側(cè)會流過較大幅值的暫態(tài)電流,而且閉口三角形繞組中的零序電流也很大,存在一次繞組和剩余繞組過熱等問題,有可能引起嚴(yán)重發(fā)熱,甚至熱擊穿。

        5. PT 一次中性點(diǎn)串接熱敏電阻型一次限流消諧器。熱敏電阻在低溫下呈現(xiàn)低阻,串聯(lián)安裝在PT一次繞組中性點(diǎn)與地之間,當(dāng)PT 發(fā)生諧振時,零序電壓升高,電流流過熱敏電阻,其電阻會上升。因此可選擇熱敏電阻制作PT 一次消諧器。一次限流消諧器串聯(lián)安裝在PT 與地之間,正常運(yùn)行狀態(tài)下電阻為40 kΩ,而PT 一次繞組的阻抗則為“MΩ”級,因此不會對PT 的各項(xiàng)性能產(chǎn)生影響,同時也未明顯改變系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)。在3.5倍工頻過電壓作用下,限流消諧器能夠?qū)T 激磁電流限制在100 mA以下,不會導(dǎo)致因PT 一次熔斷器熔斷后不能熄弧引發(fā)的母線短路事故。

        三、結(jié)論

        傳統(tǒng)消諧措施雖能起到一定的消諧作用,但都存在一些局限性。如能綜合以上的幾種消諧方式,則可以提高消諧效果及設(shè)備可靠性。采用熱敏電阻型消諧器,更加符合PT消諧的原則。同時熱敏電阻型一次限流消諧器具有顯著的限流作用,能夠有效防止因熔斷器不能可靠熔斷而引發(fā)的母線短路故障。

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