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        一種提高中壓配電網(wǎng)PT安全運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)策略

        2019-11-28 15:47:09施耀武
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2019年31期

        施耀武

        摘? 要:電壓互感器是10kV、35kV配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)量、保護(hù)、監(jiān)控的關(guān)鍵設(shè)備,為保護(hù)電壓互感器通常在高壓側(cè)安裝高壓熔斷器,但高壓熔斷器頻發(fā),影響系統(tǒng)正常,通過切換運(yùn)行線路、更換熔斷器等方式處理降低系統(tǒng)穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。文章對(duì)引發(fā)高壓熔斷器熔斷原因分析,提出了一種有效的解決該問題方案。

        關(guān)鍵詞:電壓互感器;熔斷器;涌浪電流

        中圖分類號(hào):TM451 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):2095-2945(2019)31-0149-02

        Abstract: Potential transformer is the key equipment for measuring, protecting and monitoring in 10kV and 35kV distribution network. In order to protect voltage transformer, high-voltage fuses are usually installed on the high-voltage side. However, the frequent occurrence of high-voltage fuses affects the normal system. The stability and economy of the system are reduced by switching operation lines and replacing fuses. In this paper, the cause of high-voltage fuse fusing is analyzed, and an effective solution to this problem is proposed.

        Keywords: potential transformer; fuse; inrush current

        引言

        10kV及35kV配電網(wǎng)是我國主要采用的中壓配電網(wǎng)。電壓互感器將一次電壓轉(zhuǎn)換為二次電壓以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)控、計(jì)量、保護(hù)等功能,是保證系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的重要設(shè)備。電磁式電壓互感器(Potential Transformer PT)是電力系統(tǒng)最為廣泛使用的電壓互感器。為保護(hù)PT設(shè)備,在其高壓側(cè)安裝熔斷器。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)送單相接地故障、諧振過電壓時(shí)引發(fā)熔斷器熔斷,嚴(yán)重時(shí)燒壞PT,危害電力系統(tǒng)安全。

        本文總結(jié)了引發(fā)PT高壓熔斷器熔斷原因,在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種具有抑制鐵磁諧振、抑制低頻涌流流入PT繞組的治理設(shè)備,提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

        1 PT高壓熔斷器熔斷原因

        通常認(rèn)為,10kV、35kV中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)系統(tǒng)中導(dǎo)致PT高壓熔斷器熔斷的鐵磁諧振及單相接地故障。

        1.1 鐵磁諧振

        諧振過電壓指電力系統(tǒng)中一些電感、電容元件在系統(tǒng)進(jìn)行操作或發(fā)生故障時(shí)可形成各種振蕩回路,在一定的能源作用下,會(huì)產(chǎn)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象,導(dǎo)致系統(tǒng)某些元件出現(xiàn)嚴(yán)重的過電壓[2]。系統(tǒng)發(fā)生諧振時(shí),在諧振電壓和工頻電壓的作用下,PT鐵芯磁密迅速飽和,激磁電流迅速增大,會(huì)使PT繞組嚴(yán)重過熱而損壞,同一系統(tǒng)中所有PT均受到威脅。

        PT是一種利用電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)能量交換的靜態(tài)設(shè)備,其磁通密度B和電流I特性如圖1所示,在一段區(qū)間內(nèi)鐵芯磁通密度與電流近似于線性關(guān)系,隨著電流增加鐵芯呈現(xiàn)磁飽和。

        當(dāng)系統(tǒng)電容與PT電感滿足:ωl=1/ωc時(shí),ω為角頻率,即對(duì)應(yīng)圖2兩條線路的交點(diǎn)時(shí),產(chǎn)生鐵磁諧振。鐵磁諧振發(fā)生時(shí),PT激勵(lì)電流迅速增加,引發(fā)高壓熔斷器熔斷,嚴(yán)重時(shí)PT燒毀或爆炸。

        1.2 單相接地故障

        對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),依照基爾霍夫電流定律系統(tǒng)總電荷為零;當(dāng)其中一相發(fā)生短路接地故障時(shí),另外兩相升高至線電壓,此時(shí)非故障相與大地之間形成電容電流,故障切除后各相恢復(fù)到相電壓,而非故障相因以線電壓充電,這些電荷需要流出系統(tǒng),此時(shí)只能通過PT一次繞組流往大地,此過程因電流過大引起鐵芯磁飽和,在工頻電壓作用下產(chǎn)生很大沖擊電流使得熔斷器發(fā)生熔斷。

        2 基于可變電阻的抑制方案設(shè)計(jì)

        在PT中性點(diǎn)加裝非線性消諧器為當(dāng)前電力系統(tǒng)中應(yīng)用于抑制鐵磁諧振及涌流最為普遍的方法。在PT的一次中性點(diǎn)通過電阻(線性或非線性電阻)接地,如圖3所示,能有效起到阻尼和限流的作用。

        本次在PT的中性點(diǎn)使用碳化硅非線性電阻和真空繼電器開關(guān)并聯(lián)接地,如圖4所示。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)真空繼電器開關(guān)K閉合旁路碳化硅電阻(SiC)相當(dāng)于PT的中性點(diǎn)直接接地,完全抑制系統(tǒng)的測(cè)量開口的電壓偏移同時(shí),降低了零序回路阻抗,實(shí)現(xiàn)了降低3次諧波電壓含有率的目的。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生諧振或者單相接地故障時(shí),通過控制器將K打開后SiC自動(dòng)投入,有效抑制系統(tǒng)的諧振和沖擊涌流,接地故障恢復(fù)后K延時(shí)閉合系統(tǒng)恢復(fù)正常。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)SiC抗諧電阻不工作,完全消除了自身故障的問題。

        3 控制方案

        裝置的控制器可根據(jù)PT開口三角形的信號(hào),經(jīng)內(nèi)部算法邏輯計(jì)算,確定故障恢復(fù)過程真空繼電器。

        3.1 PT開口電壓

        開口三角形是指中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中電壓互感器三相的三個(gè)二次繞組的接法,三相二次繞組按三角形接線連接,但最后有一點(diǎn)不連上,即構(gòu)成開口三角,其原理如圖5。

        3.2 開口電壓特性

        二次額定電壓為100V,為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)零序電壓,將三相PT接線連接形成開口三角形。正常情況下,開口電壓為0V。

        當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí),因故障相電壓為0V,非故障相升高至100V,此時(shí)開口電壓為100V。

        當(dāng)PT發(fā)生鐵磁諧振時(shí),電壓升高,此時(shí)開口電壓感應(yīng)處很高的電壓,但小于100V。

        3.3 控制實(shí)現(xiàn)

        監(jiān)測(cè)設(shè)備根據(jù)PT二次側(cè)三角形開口電壓值,結(jié)合鐵磁諧振、單相接地故障等開口電壓特性,實(shí)現(xiàn)圖4的真空繼電器開關(guān)K開斷。

        (1)當(dāng)開口電壓小于10V,此時(shí)認(rèn)為系統(tǒng)正常運(yùn)行,因此開關(guān)K為常閉狀態(tài),此時(shí)圖4的SiC非線性電阻不接地。

        (2)當(dāng)開口電壓大于60V,小于100V時(shí),認(rèn)為發(fā)生鐵磁諧振,開關(guān)K為呈現(xiàn)開狀態(tài),此時(shí)圖4的SiC非線性電阻接地。

        (3)當(dāng)開口電壓約為100V時(shí),判斷系統(tǒng)發(fā)送單相短路,開關(guān)K為呈現(xiàn)開狀態(tài),此時(shí)圖4的SiC非線性電阻接地。

        根據(jù)以上設(shè)計(jì)的控制方案,能有效解決PT熔斷器熔斷頻發(fā)問題。

        4 結(jié)束語

        通過引發(fā)PT高壓熔斷器機(jī)理分析,設(shè)計(jì)了一套可抑制諧振涌浪電流、單相接地故障電流流入P熔斷器的治理設(shè)備,提高10kV、35kV配電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

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