馬小輝, 周和平
(華立儀表集團(tuán)股份有限公司, 浙江 杭州 310023)
防止35 kV母線(xiàn)電壓互感器鐵磁諧振的技術(shù)措施
馬小輝, 周和平
(華立儀表集團(tuán)股份有限公司, 浙江 杭州 310023)
35 kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)在三相運(yùn)行參數(shù)不對(duì)稱(chēng)時(shí),電壓互感器時(shí)常發(fā)生鐵磁諧振。提出在35 kV母線(xiàn)接入一組電容器,同時(shí)在電壓互感器一次側(cè)繞組中性線(xiàn)中串接一個(gè)電感線(xiàn)圈。運(yùn)行結(jié)果表明,采取的技術(shù)措施可有效抑制變壓器中性點(diǎn)的電壓位移和電壓互感器高壓側(cè)熔斷器的熔斷問(wèn)題,保證了電能計(jì)量、電壓保護(hù)、對(duì)地絕緣監(jiān)測(cè)及指示儀表的正常運(yùn)行。
中性點(diǎn)不接地系統(tǒng); 電壓互感器; 鐵磁諧振; 技術(shù)措施
為提高供電可靠性,35 kV系統(tǒng)中性點(diǎn)采用不接地運(yùn)行方式,母線(xiàn)電壓互感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)地絕緣狀況,所以中性點(diǎn)采用直接接地方式。在系統(tǒng)發(fā)生單相瞬時(shí)或永久性接地故障,以及正常倒閘操作中時(shí),時(shí)常發(fā)生電壓互感器的高壓側(cè)熔斷器熔斷的現(xiàn)象,造成電能計(jì)量失壓、電壓保護(hù)脫離運(yùn)行、系統(tǒng)運(yùn)行狀況無(wú)法掌握,以及盤(pán)表指示或顯示不正確,給電力系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來(lái)危害。
本文分析了系統(tǒng)單相接地故障和正常倒閘操作而引發(fā)的高壓側(cè)熔斷器的熔斷問(wèn)題,并提出了相應(yīng)的防范措施。
在35 kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中,為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)地絕緣狀況,電壓互感器一次側(cè)繞組中性點(diǎn)采用直接接地方式。當(dāng)系統(tǒng)C相發(fā)生接地故障時(shí),35 kV供電系統(tǒng)如圖1所示。
圖1 當(dāng)系統(tǒng)C相發(fā)生接地故障時(shí)35 kV供電系統(tǒng)
電感與電容并聯(lián)電路如圖2所示。
圖2 電感與電容并聯(lián)電路
并聯(lián)鐵磁諧振分為低頻、分頻、工頻及高頻,頻率越低,危害性越大,其特點(diǎn)是流過(guò)導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地的電容電流IC與電壓互感器電感電流IL數(shù)值相等,由于它們的相位互差180°,相互補(bǔ)償,使總電流IZ=IL-IC=0。雖然總電流為0,但電容和電感線(xiàn)圈中的電流卻很大,它們互相進(jìn)行充放電,易引起局部系統(tǒng)發(fā)生振蕩,造成繼電保護(hù)誤動(dòng)作。該現(xiàn)象從現(xiàn)場(chǎng)的35 kV母線(xiàn)電壓表的指針擺動(dòng)可以看到,其充放電的電流造成電壓互感器高壓側(cè)熔斷器熔斷,使其對(duì)地絕緣監(jiān)測(cè)裝置及相應(yīng)的電壓保護(hù)和指示儀表失去作用,甚至造成事故進(jìn)一步擴(kuò)大。
系統(tǒng)在正常運(yùn)行的情況下,因線(xiàn)路停送電、母線(xiàn)充電、線(xiàn)路負(fù)荷互帶等倒閘操作,均會(huì)發(fā)生35 kV母線(xiàn)電壓互感器高壓熔斷器熔斷現(xiàn)象。在未發(fā)現(xiàn)任何故障時(shí)更換熔斷器后,系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。顯然,這是在倒閘操作中引起電磁過(guò)渡,造成了電壓互感器高壓側(cè)熔斷器熔斷。
某110 kV變電站一次系統(tǒng)接線(xiàn)方式如圖3所示。圖3中,110 kV變電站停電檢修完工后,合上開(kāi)關(guān)S1,通過(guò)110 kV電源對(duì)主變壓器送電,之后再合上開(kāi)關(guān)S2對(duì)35 kV母線(xiàn)充電時(shí),發(fā)生三相電壓嚴(yán)重不對(duì)稱(chēng),盤(pán)上電壓表大幅度擺動(dòng),最后電壓互感器高壓側(cè)熔斷器熔斷。
圖3 某110 kV變電站一次系統(tǒng)接線(xiàn)方式
圖3中,開(kāi)關(guān)S1處在合閘位置,T為變電站主變壓器,處在空載勵(lì)磁狀態(tài);開(kāi)關(guān)S3處在斷開(kāi)位置。當(dāng)開(kāi)關(guān)S2合閘對(duì)35 kV母線(xiàn)充電時(shí),通過(guò)電壓互感器二次側(cè)反映出35 kV母線(xiàn)三相電壓嚴(yán)重不對(duì)稱(chēng),主變壓器35 kV側(cè)中性點(diǎn)對(duì)地電壓升高。為便于分析問(wèn)題,將圖3簡(jiǎn)化成等值電路。10 kV側(cè)等值電路如圖4所示。
圖4 10kV側(cè)等值電路
主變壓器35 kV側(cè)繞組中性點(diǎn)采用不接地運(yùn)行方式,電壓互感器一次側(cè)繞組電感與導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地電容并接在一起,形成星形接線(xiàn),中性點(diǎn)直接接地。正常情況下,三相負(fù)載是對(duì)稱(chēng)的,但由于某些激發(fā)條件的作用,如充電的三相開(kāi)關(guān)不同期合閘,導(dǎo)致合閘瞬間三相電壓不同,造成電壓互感器三相勵(lì)磁涌流值不同,如A相電壓剛過(guò)零值,B、C相電壓處在較高值。此時(shí),A相繞組通過(guò)的勵(lì)磁涌流最大,鐵心趨向于磁飽和,A相繞組電感變小,B、C相電感相對(duì)較大,鐵心未飽和。對(duì)于35 kV側(cè)變壓器,電壓互感器A相繞組與導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地電容形成并聯(lián),因容抗大于感抗,使A相負(fù)載呈感性,而B(niǎo)、C相負(fù)載呈容性。由于上述合閘產(chǎn)生的電磁過(guò)渡過(guò)程的結(jié)果是電壓互感器三相負(fù)載有不同的電感值,致使各相與等值電容組成的并聯(lián)回路的總阻抗呈感性或容性狀態(tài),這會(huì)使三相負(fù)載變得嚴(yán)重不對(duì)稱(chēng)。當(dāng)三相負(fù)載不對(duì)稱(chēng)時(shí),電源的中性點(diǎn)對(duì)地電壓就會(huì)產(chǎn)生位移。依據(jù)基爾霍夫節(jié)點(diǎn)電壓定律,中性點(diǎn)位移電壓UZX為
(1)
j[ωCA-(1/ωLA)]
YB=j[ωCB-(1/ωLB)]
YC=j[ωCC-(1/ωLC)]
式中:YA、YB、YC——三相負(fù)載導(dǎo)納。
從式(1)可以看出,當(dāng)容性負(fù)載和感性負(fù)載導(dǎo)納相互補(bǔ)償時(shí),YA+YB+YC接近于0,中性點(diǎn)位移電壓UZX變得很大。當(dāng)UZX與三相電源電壓分別疊加后,其結(jié)果能使三相對(duì)地電壓同時(shí)升高;當(dāng)UZX較低時(shí),則其中一相或兩相與其疊加可能低于相電壓,這就是充電操作時(shí)造成母線(xiàn)三相電壓不對(duì)稱(chēng)和變壓器中性點(diǎn)出現(xiàn)很高對(duì)地電壓的原因。由于電壓升高,電壓互感器勵(lì)磁電流增大,感抗下降,鐵心磁通趨向于磁飽和,當(dāng)感抗與對(duì)地電容的容抗相等時(shí),即發(fā)生鐵磁諧振。同時(shí),還可能因出現(xiàn)零序電壓,接在開(kāi)口三角的電壓繼電器動(dòng)作,發(fā)出信號(hào),這些情況都將導(dǎo)致電壓互感器高壓側(cè)熔斷器熔斷。
在正常運(yùn)行狀態(tài)下,電壓互感器一次側(cè)繞組與導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地電容形成并接,中性點(diǎn)直接接地。因繞組感抗大于對(duì)地容抗,并聯(lián)回路阻抗呈容性狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生單相接地或正常倒閘操作時(shí),因系統(tǒng)參數(shù)的改變,三相參數(shù)失去對(duì)稱(chēng)性,造成35 kV側(cè)變壓器中性點(diǎn)電壓發(fā)生位移,相電壓與中性點(diǎn)的位移電壓疊加,可能引起三相電壓同時(shí)升高或其中一相或兩相升高,使電壓互感器發(fā)生磁飽和,電感變小,而繞組感抗小于對(duì)地電容容抗,呈感性狀態(tài)。
為保證在正常倒閘時(shí)電壓互感器不發(fā)生鐵磁諧振,首先要保證一次側(cè)繞組的感抗與對(duì)地電容的容抗呈容性狀態(tài)。故35 kV母線(xiàn)接入一組電容器,電容器的容抗XC與電壓互感器的感抗XL的比值<0.01,或者按照35 kV架空線(xiàn)路(無(wú)架空地線(xiàn))每千米、每相導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地電容35 μF來(lái)計(jì)算,以不小于5 km導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地電容作為抑制變壓器中性點(diǎn)位移電壓的電容器容量,并接在母線(xiàn)上。實(shí)際運(yùn)行也證明,當(dāng)電壓互感器發(fā)生鐵磁諧振時(shí),將一條空載線(xiàn)路投入運(yùn)行,鐵磁諧振就會(huì)消失,其實(shí)就是相當(dāng)于投入了一組電容器,使其負(fù)載呈容性狀態(tài),抑制了變壓器中性點(diǎn)的電壓位移。
圖5 保護(hù)措施線(xiàn)路
(2)
XL2=0.732XL1
式中:UX——線(xiàn)電壓;
Uφ——相電壓;
XL1——電壓互感器感抗;
XL2——中性線(xiàn)電感線(xiàn)圈感抗。
當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行中,電壓互感器中性點(diǎn)通過(guò)熔斷器FU2接地,在倒閘操作過(guò)程中引發(fā)變壓器中性點(diǎn)的電壓位移,由母線(xiàn)電容器組來(lái)進(jìn)行抑制,使電磁過(guò)渡過(guò)程平穩(wěn)結(jié)束。在發(fā)生單相接地、勵(lì)磁電流>0.5 A時(shí),FU2首先熔斷。將電感線(xiàn)圈L2串接在電壓互感器一次側(cè)繞組回路中,起到了限制勵(lì)磁電流的作用。
電壓互感器高壓側(cè)熔斷器在設(shè)備本身出現(xiàn)故障時(shí)熔斷,在系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)異常現(xiàn)象時(shí),必須保證電壓互感器正常運(yùn)行,并能夠真實(shí)反映運(yùn)行狀況。通過(guò)在35 kV母線(xiàn)上接入一組電容器,并在電壓互感器一次側(cè)繞組中性點(diǎn)中串接一個(gè)電感線(xiàn)圈,可以有效地抑制變壓器中性點(diǎn)的電壓位移和電壓互感器高壓側(cè)熔斷器的熔斷問(wèn)題,保證了電能計(jì)量、電壓保護(hù)、對(duì)地絕緣監(jiān)測(cè)及指示儀表能夠正常運(yùn)行。
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《現(xiàn)代建筑電氣》編輯部
Technical Measures for Preventing Ferromagnetic Resonance of 35 kV Generatrix Voltage Transformer
MA Xiaohui, ZHOU Heping
(Holley Metering Co., Ltd., Hangzhou 310023, China)
The ferromagnetic resonance of voltage transformer often occurs when the three-phase operation parameters are asymmetric in 35 kV neutral point ungrounding system. This paper proposed the access to a group of capacitor in in 35 kV generatrix,and a inductance coil was tandem connection in primary winding of voltage transformer. The operation results show the technical measures effectively restrain the voltage displacement of transformer neutral point and fusing problem of voltage transformer high voltage side. It can ensure the normal operation of energy metering,voltage protection,ground insulation monitoring,and indicating instrument.
neutral point ungrounding system; voltage transformer; ferromagnetic resonance; technical measures
馬小輝(1973—),男,博士,從事電能計(jì)量自動(dòng)化主站和采集終端項(xiàng)目的研究。
TU 852
A
1674-8417(2015)01-0022-04
2014-09-28
周和平(1954—),男,高級(jí)工程師,從事電能計(jì)量及電器設(shè)備自動(dòng)化保護(hù)方面的研究。