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        電磁式電壓互感器的諧振分析及限制措施探討

        2016-08-08 04:04:30鐘潔
        大科技 2016年3期
        關(guān)鍵詞:鐵磁中性點(diǎn)過電壓

        鐘潔

        (廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司防城港供電局 廣西防城港 538001)

        電磁式電壓互感器的諧振分析及限制措施探討

        鐘潔

        (廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司防城港供電局 廣西防城港 538001)

        目前,導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)過電壓的原因比較多,較為頻繁的就是諧振的過電壓,這種過電壓危害性比較大。一旦發(fā)生諧振過電壓,經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備損壞,甚至于出現(xiàn)停電的事故。因此為防止發(fā)生諧振的過電壓,在操作與設(shè)計(jì)電網(wǎng)的過程中,需要進(jìn)行準(zhǔn)確估算,防止產(chǎn)生串聯(lián)諧振的回路。本文主要分析了電壓互感器產(chǎn)生鐵磁諧振的主要原因,并提出相應(yīng)的限制措施,確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與安全性。

        過電壓;諧振;分析及限制;探討

        1 概述

        電力系統(tǒng)運(yùn)行和實(shí)驗(yàn)表明,在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中,當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行操作、發(fā)生故障單相接地突然消失或外界對系統(tǒng)的干擾時(shí),變壓器、互感器等含鐵芯元件的非線性電感元件與系統(tǒng)中電容匹配時(shí),可以產(chǎn)生不同頻率的鐵磁諧振。諧振時(shí)產(chǎn)生過電壓或過電流,過電壓對電氣設(shè)備的絕緣構(gòu)成嚴(yán)重威脅,過電流引發(fā)PT爆炸,對電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行十分不利。

        2 實(shí)例分析

        2.1 工程概況

        220kV某站10kV系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),在10kV系統(tǒng)出現(xiàn)A相單相接地發(fā)展成三相接地,發(fā)生10kV母線電壓互感器燒壞的故障。從錄波圖看出10時(shí)28分由于10kV系統(tǒng)出現(xiàn)瞬時(shí)接地誘發(fā)10kV母線電壓波形發(fā)生畸變、含有大量諧波,系統(tǒng)內(nèi)開始諧振,具體從圖1可以看出,諧振一直持續(xù)到11時(shí)43分A相電壓互感器絕緣擊穿,造成10kV系統(tǒng)A相接地,具體從圖2可以看出。11時(shí)48分B、C相電壓互感器絕緣擊穿,10kV系統(tǒng)三相接地產(chǎn)生短路電流,最終保護(hù)跳閘切除故障。導(dǎo)致電壓互感器燒毀的直接原因是諧振過電壓。

        圖1 電壓諧振初始時(shí)刻波形圖

        2.2 電壓互感器產(chǎn)生鐵磁諧振的主要原因

        在中性點(diǎn)的不接地體系中,為實(shí)時(shí)監(jiān)視對地的絕緣,經(jīng)常會(huì)在母線上連接Y接線電磁式的電壓互感器,具體從圖3中可以看出,圖中u0是電源的電勢,而C是線路對地的電容,電液互感器的激勵(lì)電感為L,中性點(diǎn)位置串聯(lián)的消諧電阻為R0。在正常的運(yùn)行下,電壓互感器的勵(lì)磁感抗比較大,且數(shù)值經(jīng)常在兆歐級之上。而C數(shù)值要根據(jù)線路長短來定,如果線路越長,其容抗就會(huì)越小。例如:1km線路,每相對地的電容大約是0.004μF,一次1km線路容抗在1MΩ以下,可見,整個(gè)電網(wǎng)中對地呈容性,且保持對稱,其中中性點(diǎn)位移電壓比較小,與近地電位較為接近。但是電壓互感器勵(lì)磁電感會(huì)隨著電流大小發(fā)生變化,U-I特性從圖4中可以看出。

        從圖4中容易看出,曲線起始段基本是直線,電感一直是常數(shù)。一旦激磁電流增大,鐵芯就會(huì)漸漸飽和,然后就值就會(huì)降低。在正常的運(yùn)行狀態(tài)下,鐵芯工作范圍呈直線,一旦系統(tǒng)發(fā)生波動(dòng),例如:電壓互感器合閘時(shí)產(chǎn)生巨大電流,或者是線路瞬間的單相弧光接地,都會(huì)導(dǎo)致電壓的互感器出現(xiàn)三相不同的程度飽和,嚴(yán)重?fù)p害了電網(wǎng)對程性。中性點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生高位移的電壓,從而引發(fā)諧振[1]。

        圖2 A相電壓互感器擊穿時(shí)刻波形圖

        圖3 電磁式電壓互感器引起鐵磁諧振的等值電路

        圖4 電壓互感器U-I曲線圖

        3 防止鐵磁諧振的措施

        隨著電網(wǎng)不斷發(fā)展,線路的參數(shù)也隨之產(chǎn)生變化,加之,大量使用鐵磁式的電壓互感器,在某種程度上加大了電網(wǎng)鐵磁諧振發(fā)生可能性。因此,為保證電網(wǎng)供電的安全性,需要使用相應(yīng)的措施防止產(chǎn)生鐵磁諧振。此外,防止產(chǎn)生鐵磁諧振,還要從供電系統(tǒng)的電氣參數(shù)入手,對參數(shù)進(jìn)行改變。這樣不僅可以防止發(fā)生電壓互感器飽和的情況,而且可以有效預(yù)防鐵磁諧振的過電壓產(chǎn)生。

        3.1 電氣參數(shù)的改變

        3.1.1 配備繼電保護(hù)的設(shè)備

        一旦電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地的故障,為了對電壓互感器諧振參數(shù)進(jìn)行改變,需要裝設(shè)繼電保護(hù)的設(shè)備。這個(gè)裝置主要是應(yīng)用單相接地過程中大諧波的電流,將電流的繼電器啟動(dòng)并投入使用,把電壓互感器中二次開口位置三角處進(jìn)行繞組的短接。當(dāng)排除故障以后,繼電保護(hù)裝置可以恢復(fù)到原裝,從而使電壓互感器正常的運(yùn)行。

        3.1.2 選擇不容易飽和或是三相五柱式的電壓互感器

        10kV系統(tǒng)中所用電壓的互感器,需要選擇勵(lì)磁感抗超過1.5MΩ的互感器。

        3.1.3 壓縮電壓互感器的臺數(shù)

        在同一個(gè)電網(wǎng)中,需要壓縮電壓互感器臺數(shù),特別是對中性點(diǎn)位置接地的電壓互感器臺數(shù)進(jìn)行限制。

        3.1.4 每相對地應(yīng)加裝電容器

        這種方式能夠減小網(wǎng)絡(luò)等值,只要網(wǎng)絡(luò)等值的電抗無法匹配,就可以將諧振消除。

        3.1.5 在中性點(diǎn)位置裝設(shè)消弧線圈

        如果10kV系統(tǒng)中產(chǎn)生諧振,并且單相的接地電流數(shù)值與30安接近時(shí),需要把中性點(diǎn)接地。

        3.1.6 投入備用的線路

        如果系統(tǒng)中僅有一個(gè)互感器時(shí),且供電線路的總長度比較短時(shí),可以投入一些備用的線路,這樣可以避免發(fā)生諧振。

        3.2 消耗諧振的能量

        3.2.1 TV一次側(cè)的中性點(diǎn)經(jīng)高阻抗的接地

        在三臺單相的TV或是三相T一次側(cè)的中性點(diǎn)和地間連接單相電流,這個(gè)方式也叫做4TV法。4TV方式一共有兩種連接方法:①把三相TV的開口三角進(jìn)行短接,這種連接方式比較簡單,可是比較容易出現(xiàn)單相接地故障,導(dǎo)致電流環(huán)流在三角口,從而將PT燒毀。②直接連接三相TV的開口三角,這個(gè)方式能夠有效避免第一種方式中存在的缺陷。換句話說,應(yīng)用4TV方式能夠諧振的初期阻止過電壓,確保電力系統(tǒng)可以正常的工作[2]。

        3.2.2 在TV一次的側(cè)中性點(diǎn)串聯(lián)消諧器

        將復(fù)合電阻的消諧器串接到TV一次側(cè)的中性點(diǎn),可以達(dá)到抑制諧波、消耗能量與阻尼作用,這個(gè)方式也可以叫做一次性消諧。經(jīng)研究可以表明隨R加大,諧振范圍也就會(huì)變小,如果電阻條件滿足R>16%XLE時(shí),能夠?qū)㈣F磁諧振徹底消除,其中XLE是TV單相的感抗。如果沒有連接消諧器,一旦系統(tǒng)C相出現(xiàn)單相接地,C系統(tǒng)與地相對的電壓Ucn等于0。

        式中UBO和UAO分別是Ab兩相對低電壓,UBC、UAC分別是BC與AC相間線電壓,而Uφ是正常系統(tǒng)中相電壓,這時(shí)候流經(jīng)AB兩相的高壓繞組電流是:

        3.2.3 裝設(shè)消諧裝置

        可以在互感器開口三角位置繞組連接消諧的裝置,如果產(chǎn)生諧振,在設(shè)計(jì)的周波下電壓達(dá)到動(dòng)作的數(shù)值時(shí),鑒頻系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地投入消諧電阻,吸收諧振的能量,將鐵磁諧振消除。此外,10~35kV電液比較容易發(fā)生鐵磁的諧振,致使互感器受損,引發(fā)停電故障,嚴(yán)重威脅到供電的安全性。如果裝設(shè)了消諧的裝置,一旦發(fā)生諧振,消諧裝置可以及時(shí)進(jìn)行處理,從而確保電網(wǎng)運(yùn)行安全性與可靠性。

        4 結(jié)語

        綜上所述,在不接地的系統(tǒng)中,比較容易發(fā)生鐵磁諧振,而且故障的類型比較復(fù)雜,導(dǎo)致消諧措施選擇變成當(dāng)下一個(gè)難題。因此要按照鐵磁諧振類型對激發(fā)的條件進(jìn)行歸類,然后針對鐵磁諧振來制定相應(yīng)措施,確保電力系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。同時(shí),還要全方面分析現(xiàn)有消諧措施,對各種消諧措施局限性與優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行分析。①盡可能選擇勵(lì)磁性比較好的TV,盡可能將并聯(lián)TV數(shù)量減少;②將消諧器串聯(lián)到一次側(cè)的中性點(diǎn)上,同時(shí)選擇合適電阻,這樣不僅可以將鐵磁諧振的過電壓徹底消除,而且還能夠控制好分頻諧振的過電流,比較適合應(yīng)用在對地電容比較大、容量較大電網(wǎng)中。

        [1]張玲云.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地時(shí)10kV電壓互感器損壞原因分析[J].電子制作,2015,23(02):46.

        [2]李國輝.10kV電壓互感器高壓熔絲頻繁熔斷的故障分析及預(yù)控措施[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2013,15(19):74~75.

        TM451

        A

        1004-7344(2016)03-0069-02

        2016-1-3

        鐘潔(1985-),女,工程師,本科,主要從事變電運(yùn)行檢修管理工作。

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