湯凜

摘 要:馬鋼第四鋼軋總廠吊車(chē)變電所3kV段采用中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式。在該電網(wǎng)發(fā)生某些擾動(dòng)時(shí),可能會(huì)引發(fā)電磁式電壓互感器的飽和,激發(fā)諧振過(guò)電壓,導(dǎo)致電壓互感器高壓保險(xiǎn)熔斷,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電壓互感器燒壞。根據(jù)該變電所實(shí)際情況進(jìn)行分析,采取了相應(yīng)的預(yù)防措施,限制電磁諧振發(fā)生的概率,確保供電系統(tǒng)穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞:電壓互感器諧振措施穩(wěn)定

中圖分類(lèi)號(hào):TM864 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)07(c)-0093-01

馬鋼第四鋼軋總廠煉鋼吊車(chē)變電所3kV段采用單母線(xiàn)分段的運(yùn)行方式,是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),主要是給該廠煉鋼區(qū)域的加料跨、精煉跨以及接受跨行車(chē)滑線(xiàn)供電,電壓互感器采用的是電磁式三相五柱式,型號(hào)為JDZX9-3,電壓互感器為三線(xiàn)圈,一次側(cè)為星形接法,中性點(diǎn)接地;二次側(cè)一繞組也為星形接法,中性點(diǎn)接地;二次側(cè)另一繞組接法為開(kāi)口三角,PT變比為3/√3/0.1/√3/0.1/3,當(dāng)該變電所3kV母線(xiàn)的一段或二段出現(xiàn)單相接地時(shí),該段母線(xiàn)上的電壓互感器可以將零序電壓的信號(hào)反饋給繼電保護(hù)裝置,由繼電保護(hù)裝置會(huì)發(fā)出接地的報(bào)警信號(hào)。該供電系統(tǒng)雖然在發(fā)生接地故障時(shí)能夠發(fā)出報(bào)警信號(hào),但是如果系統(tǒng)的對(duì)地容抗和互感器飽和時(shí)的勵(lì)磁電抗達(dá)到一定的比例時(shí),就會(huì)發(fā)生鐵磁諧振,產(chǎn)生的過(guò)電壓也會(huì)發(fā)出故障信號(hào),同時(shí)因?yàn)樵撔吞?hào)電壓互感器的伏安特性較差,發(fā)生鐵磁諧振時(shí),電壓互感器的三相電流將達(dá)到勵(lì)磁電流的數(shù)十倍甚至上百倍,此時(shí)極易造成電壓互感器線(xiàn)圈過(guò)熱燒毀事故。

1 鐵磁諧振

由鐵芯的非線(xiàn)性電感元件和系統(tǒng)的電容元件組成,由于鐵芯的電感原件具有飽和現(xiàn)象,使回路電感參數(shù)成為非線(xiàn)性,這種含非線(xiàn)性電感元件在滿(mǎn)足一定的諧振條件下會(huì)產(chǎn)生諧振,這種諧振稱(chēng)為電磁諧振。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中,如果不考慮線(xiàn)路的有功損耗與相間電容;僅考慮PT的電感L與線(xiàn)路的對(duì)地電容CO當(dāng)CO大到一定值時(shí),PT不飽和時(shí),XL＞Xc,而當(dāng)PT上加的電壓大到一定數(shù)值時(shí),PT的鐵芯飽和Xl＜Xc,這樣就構(gòu)成了諧振的條件。諧振的區(qū)域與阻抗比XC0/XL有直接關(guān)系:1)分頻諧振阻抗比約為0.01～0.08,諧振特點(diǎn)是三相電壓依次輪流升高,超過(guò)線(xiàn)電壓,一般不超過(guò)2倍相電壓,三相電壓表指針在相同范圍出現(xiàn)低頻擺動(dòng)。2)基波諧振阻抗比在0.08～0.15,特點(diǎn)是諧振兩相電壓升高,超過(guò)線(xiàn)電壓,但一般不超過(guò)3倍相電壓,一相電壓降低但不等于零。3)高頻諧振阻抗比約為0.15～0.3。高次諧波諧振時(shí),三相電壓同時(shí)升高或其中一相明顯升高,超過(guò)線(xiàn)電壓,但不超過(guò)3～3.5倍相電壓。當(dāng)回路中的零序電容改變時(shí),阻抗比也會(huì)隨之改變,回路中的諧振狀態(tài)也就可能發(fā)生轉(zhuǎn)變。

2 鐵磁諧振原因分析及區(qū)域確定

以該變電所其中一次的鐵磁諧振現(xiàn)象為例,2012年3月9日,吊車(chē)變電所二段母線(xiàn)饋線(xiàn)負(fù)荷停電檢修(加料跨滑線(xiàn)軌道調(diào)整),當(dāng)天由于該段母線(xiàn)B相高壓保險(xiǎn)燒壞,檢修人員將PT小車(chē)?yán)鰴z修位更換已壞保險(xiǎn),當(dāng)重新將該P(yáng)T小車(chē)由檢修轉(zhuǎn)為運(yùn)行位置時(shí),該段母線(xiàn)的電壓互感器測(cè)量的二次電壓為A相27V,B相100V,C相為101V,零序電壓為71V,后排除了3kV二段無(wú)接地點(diǎn)的情況,推斷是由于在鐵磁諧振造成以上現(xiàn)象,且是基波諧振。上述例子滿(mǎn)足了鐵磁諧振所需條件,首先是鐵磁式電壓互感器的非線(xiàn)性效應(yīng),這是主要原因,其次,電壓互感器的感抗與容抗的參數(shù)匹配在一定范圍內(nèi),最后,除了上述系統(tǒng)條件外,還需要有外界的激發(fā)條件,例如、電壓互感器突然合閘。

為了確定吊車(chē)變電所3kV段的主要諧振區(qū)域,便于制定預(yù)防措施,首先要測(cè)量該系統(tǒng)對(duì)地電容電流,從而計(jì)算出對(duì)地電容數(shù)值,吊車(chē)開(kāi)關(guān)站3kV段TV二次側(cè)測(cè)量電流為0.5A,則TV的感抗數(shù)值為XL=K2×V/I=0.18MΩ,該站饋線(xiàn)電纜長(zhǎng)度約為1.5km,3kV電纜的容抗為0.004μF/km,所以Xco=1.5×0.004=0.006MΩ,那么XC0/XL=0.006/0.18=0.033,吊車(chē)開(kāi)關(guān)站TV的參數(shù)XC0/XL大于0.01小于0.08,說(shuō)明系統(tǒng)如果發(fā)生擾動(dòng)時(shí)(如發(fā)生單相接地)該站是可能發(fā)生電磁諧振的,且是以分頻諧振為主。

3 鐵磁諧振預(yù)防措施

吊車(chē)變電所3kV段的諧振區(qū)域以分頻諧振為主,分頻諧振導(dǎo)致的過(guò)電壓倍數(shù)并不是很高,但是此時(shí)流過(guò)電壓互感器的電流極大,會(huì)造成電壓互感器的損傷。此外,分頻諧振造成的過(guò)電壓會(huì)使過(guò)電壓吸收裝置對(duì)地有擊穿電流,而分頻諧振一般持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),過(guò)電壓吸收裝置內(nèi)的電弧如果長(zhǎng)時(shí)間不能熄滅可能會(huì)損壞或爆炸,過(guò)電壓吸收裝置爆炸會(huì)造成馬鋼四鋼軋廠煉鋼區(qū)域電網(wǎng)的瞬時(shí)低電壓,部分高壓柜(電機(jī)類(lèi))可能會(huì)因此保護(hù)動(dòng)作跳閘,造成現(xiàn)場(chǎng)停產(chǎn),事故擴(kuò)大化,因此為了限制該站的分頻諧振,首先對(duì)設(shè)備進(jìn)行了一些改造:

1)選用勵(lì)磁特性飽和點(diǎn)較高的電磁式電壓互感器,使電壓互感器在一般的過(guò)電壓下還不會(huì)進(jìn)入飽和區(qū),從而不易構(gòu)成參數(shù)匹配而出現(xiàn)諧振。

2)在3kV母線(xiàn)上裝設(shè)中性點(diǎn)接地的星形接線(xiàn)電容器組,使諧振阻抗比小于0.01,使其不在諧振區(qū)域范圍內(nèi),不滿(mǎn)足其諧振條件。

3)電壓互感器繞組中性點(diǎn)經(jīng)過(guò)電阻接地(R=12kΩ)。在高壓繞組中性點(diǎn)安裝電阻器R后,能夠分擔(dān)加在電壓互感器兩端的電壓,從而能限制電壓互感器中的電流。

除了上述措施來(lái)限制分頻諧振外,通過(guò)規(guī)范一些操作來(lái)避免諧振或減少諧振對(duì)設(shè)備造成傷害:

1)給母線(xiàn)充電時(shí)采用線(xiàn)路及母線(xiàn)一并充電的方式。

2)給母線(xiàn)充電前先切除PT充電后再投入PT,停母線(xiàn)時(shí)先切除PT再拉開(kāi)開(kāi)關(guān)。

3)操作中注意監(jiān)視母線(xiàn)電壓,如電壓過(guò)高則立即改變方式,合上或拉開(kāi)引起諧振的開(kāi)關(guān)。

4 結(jié)語(yǔ)

吊車(chē)開(kāi)關(guān)站3kV段是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),且發(fā)生諧振的頻率較高,容易造成因?yàn)橹C振而產(chǎn)生的一些設(shè)備損壞事故,經(jīng)過(guò)測(cè)量、計(jì)算、分析得知該3kV系統(tǒng)主要是以分頻諧振為主,通過(guò)設(shè)備上的一些改造和對(duì)操作方面的一些修改,極大的限制了該站分頻諧振的發(fā)生,減少了諧振對(duì)設(shè)備造成傷害的幾率,從而確保了四鋼軋總廠供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。