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电压互感器铁芯饱和谐振过电压的分析

作者:威博特铁芯   发布时间:2018-08-14 15:40      浏览次数:
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    对于内部电压互感器铁芯饱和谐振过电压现象,许多变电工作人员缺乏理性认识,由于饱和谐振过电压尝尝发生在外部条件的激发下,因此高压熔断器熔断、互感器喷油冒烟、油开关壁管闪络等事故,都认为是外部原因造成的,从而把内部过电压造成的事故误判为外部过电压事故。犹豫判断失误,也就不可能找到正确的预防措施。
 
1、铁芯饱和谐振过电压产生的原因
  铁芯饱和谐振事故实例:
    某变电所接线图如图1所示。正常运行时,1#变带10kV I段母线,2#变带II段母线,10kV母联开关12断开;1#变停运时,合12开关,由2#变向10kV I、II母线供电,约半小时后,10kV系统A相接地,现地的电压表选测指示:Ua=0,Ub和Uc均指示11kV。PT柜上有接地信号继电器动作、接地白灯亮。按照运行规程,运行带接地故障运行2h,运行人员发现母线电压互感器喷油冒烟,经判断后,拉出PT柜,在操作时,电弧造成母线相间短路,2#变断路器跳闸,烧毁电压互感器13台。
铁芯饱和谐振事故实例
2、事故原因分析
    网络接线图和等值图如图2所示,Ea、Eb、Ec为三相对称电源电势,L1、L2、L3为电压互感器激磁电感。C0为相导线和母线的对地电容,Z1为负载阻抗。在正常情况下,对于6kV~35kV系统来说,其负荷均为三相负荷,不存在相负荷的问题,故三相负载是相同的,各相对地的电容是相等的,各项的电压是对称的。
铁芯饱和谐振事故原因分析
    在不接地系统,当发生单相接地,电压的大小和相位维持不变,所以对负载没有任何影响,等值图简化见图3。
铁芯饱和谐振事故原因分析
    电压互感器激磁电感为L1=L2=L3,C0与L并联后的导纳分别为Y1、Y2、Y3,故Y1=Y2=Y3,电网中性点的电位为零,此时铁芯不饱和,ωL>1/ωC0,即电容电流大于电感电流,相当于一个等值电容C'0,三相均一样。
    由于铁芯电感线圈是一个非线性电感元件,当加在线圈上的电压增加,使通过线圈的电流增大时,激磁电感值由于铁芯饱和而不断下降,所以某种原因线路中A相发生间歇性单相弧光接地,使得相B和相C电压升到线电压,致使互感器中两相的激磁电流几句增大而发生饱和,磁电感相应减少,这时,B相和C相的ωL<1/ωC0,电感电流大于电容电流,L与C0并联后相当于一个等值电感L,而A相仍保持一个等值C0。如图4所示,于是三相导纳就不对称了,三相对地负荷变的不平衡,电网的中性点不再是地电位,而产生了位移电压U0。
    即:Uo=一(EaYa^+EbYb+EcYc)/(Ya+Yb+Yc)
    铁芯饱和谐振事故原因分析
    这时B、C相位电感性导纳:Yb=Yc=-1/jωL',结果感性导纳与容性导纳互相抵消,使总导纳Ya+Yb+Yc显著减少,位移电压U0大大增加,如果参数配合不当,恰好使总导纳接近于零,就产生了串联谐振现象。产生过电压和过电流。前述母电压互感器喷油冒烟,互感器烧损,就是过电流所致,如果在此时,电压互感器在断口处产生弧光,造成母线相间短路,就会造成全场失电事故发生。
    饱和谐振可以有几种激发条件造成。雷雨期间,因雷击或风雨造成线路发生弧光,接地是最长遇到的激发因素。此外,有时在电源对只带电压互感器的空母线突然闭合闸,系统运行方式的突变,负荷发生较大的波动等情况时也会激发起谐振。所有的外界因素干扰最终致使电压互感器铁芯饱和,导致铁芯内部谐振过电压。
    串联谐振过电压会产生很高的过电压和过电流,实验测量证明, 电压互感器饱和过电压可高达3.5倍相电压,过电流值可高达100%额定电流值。
    造成电压互感器饱和谐振的原因,主要是铁芯质量低,使用低质硅钢片,使铁芯工作点接近饱和区,装有激磁特性高饱和的电压互感器的电网的匹配和谐振电源,表1列出了通过计算和模拟实验所得的有关参数。10kV架空对地电容按0.04A/km估计,电缆接地电容电流取1.6A/km,并考虑变电所设备使得总的对地电容增值15%,电压互感器的激磁感抗,可由实测伏特曲线求得
铁芯饱和谐振事故原因分析
    从表1可见,无论10kV I、II段母线单独运行或并联运行,Xc/Xm>0.01,均处于谐振范围内,只要具备激发条件,就会产生铁芯谐振现象。