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电压互感器铁芯饱和谐振过电压的解决措施及防

作者:威博特铁芯   发布时间:2018-08-15 13:33      浏览次数:
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    中性点不接地系统的电压互感器,产生铁芯饱和谐振的主要原因是谐振波电源和谐振电路参数的匹配。由于电力系统故障的形式是多种多样的,目前尚无有效措施对谐波电源加以限制,此外由于故障形式的不同,系统谐振参数也是随机变化的。因此,消除10kV系统发生谐振的方法有两种:一种是改变零序网络中Xc与Xm的比值,使Xc/Xm的比值躲过谐振实验曲线的谐振区域,或固定接入电阻,从根本上破坏谐振的基本条件。根据绍特和彼得逊的研究,当Xc/Xm<0.01时,不会发生谐振;当Xc/Xm>0.08时,会出现基频谐振;随着比值的增高,还会出现倍频谐振。但这些谐振所需要的电源电压较高,不会轻易发生,如图4所示。上述变电所发生谐振时Xc/Xm=0.041~0.085,是一种分频谐振现象,所需要的电源相电压的最小值约为0.01Uxg,因此交易发生。另一种方法是在谐振发生后,自动投入阻尼电阻,破坏谐振得法,制定了以下具体措施。
电压互感器铁芯饱和谐振过电压的解决措施及防范对策
 
1、开口三角绕组接入阻尼电阻
    运行时间表明,在电压互感器的开口三角绕组接入一个电阻,可以增大回路的阻尼作用,并有效防止或消除铁磁谐振过电压。
    开口三角绕组接入电阻如图5所示。当电压互感器发生谐振时,中性点出现位移电压,使三相电压不对称,电压互感器铁芯严重饱和,出现零序磁通,电压互感器高压绕组中将流过零序电流I10,在开口三角绕组两端感应零序电压U20.如果在开口三角绕组两端接入一个电阻R0,将流过零序电流I20,它对高压绕组产生去磁作用,从而抑制了谐振。R0愈小,I20愈大,去磁作用也愈显著。如果将开口三角绕组两端短接,即R0=0,谐振就不会发生。
    在图5中,I10=I20/K^2,I20=3*U20/R0,则I10=3*U20/K^2R0  所以 U10/I10=R=R0*K^2/3。
    电压互感器铁芯饱和谐振过电压的解决措施及防范对策
    式中:K为电压互感器的高压绕组与开口三角绕组之间的比。
    可见,开口三角绕组两端接入电阻R0,就相当于在电压互感器的高压侧每相并联一个(K^2/3)R0的电阻,增大了回路的阻尼率。通过模拟试验,一般来说,消除分频谐振所需要的R0值较小,高频谐振要求的电阻最高。因此如果按消除分频谐振的要求来选择电阻,就可同时满足消除基频谐振和高频的要求。故分频谐振和基频谐振的R0确定方式为R0=Xm/K0^2。
    从谐振效果来说,希望R0尽可能小些。但是R0太小,系统发生单相接地时,电压互感器漏抗上的压降太大,开口三角绕组两端电压过低,不能满足继电保护的要求。在现场为了电阻的取材方便,同时满足继电保护的要求,3~10kV互感器可采用200~500W普通白炽灯泡作为开口三角电阻。灯泡的钨丝在冷却状态下的温差极大,其电阻呈非线性特性。如500W灯光在冷状态下,电阻仅有7Ω左右,足以消除空母线合闸的谐振现象;单相接地时,三角开口电压约100V,灯泡电阻在100V电压下增至约70Ω,能满足继电保护和互感器热容量的要求。某电厂3kV厂用电系统曾多次发生谐振,造成互感器熔丝熔断,深圳全厂停电事故。在开口三角接入500W白炽灯后立即消除。
    但是由于单相接地故障消失时所激发的铁磁谐振现象,由于白炽灯在故障消失前的接地期间因发热电阻已显著增大了,以致有时起不到消除谐振的作用,这是互感器开口三角绕组两端接白炽灯的一个固有缺点。
 
2、高压绕组中性点经电阻接地
    通过试验和运行实践证明+在电压互感器一次绕组和中性点经一个较大的电阻接地,利用该电阻限制互感器绕组中的电流,是防止或消除互感器铁芯饱和谐振的一个有效而简便的措施,见图6。
电压互感器铁芯饱和谐振过电压的解决措施及防范对策
    图6中,当系统C相发生单相接地时,故障点流过电容电流,非故障相A、H的电压升高为线电压,其对地电容C0上充以与线电压相应的电荷。在接地故障期间,此电荷产生电容电流,以接地点为通路,在电源导线和大地间流通,由于互感器激磁阻抗很大,故流过互感器的电流很小。但是,一旦接地故障消除,这个电流通路被切断,而非接地相必须由线电压瞬间恢复到正常相电压水平。由于接地故障已断开,非接地相在接地期间已经充电至线电压下的电荷,就只能通过互感器高压绕组,经其接地的中性点泄人大地。在这一瞬变过程中,互感器高压绕组中将流过一个很大的工频冲击电流,使互感器铁心严重饱和,激发谐振现象。
    如果在电压互感器高压绕组中性点串一个足够大的电阻接地,在单相接地故障消失时,就可阻尼流过高压绕组和中性点的冲击振荡电流,使其急剧衰减,避免铁心饱和,防止铁磁谐振的产生。
    单纯从消振效果来看,中性点电阻越大越好,若该电阻为无限大,即互感器高压侧中性点不接地,则谐振条件不成立,谐振根本不会发生。但是中性点电阻的选择要受到中性点绝缘水平、电压互感器接地指示的灵敏度、正常电压测量和电网运行方式的限制,不能选择得太大。对于不同电压等级的电网、不同伏安特性的电压互感器,中性点电阻值最好通过试验确定,一般可控制在10kΩ左右。上述变电所,将每台电压互感器中性点改为经15kΩ电阻接地后,运行多年,消谐振效果良好。
 
3、用消谐振器消除谐振
    消谐振的主要元件消谐管,是具有特异电阻特性的真空器件。它有较高的冷热电阻比率和一定的阻止变化速度。在35kV及以下的中性点不接地电网中,消谐器接在开口三角绕组两端,用以消除电压互感器引起的基频谐振、分频谐振和倍频铁磁谐振,避免虚幻接地信号的出现,防止互感器喷油、避雷器爆炸和电网的停电事故。而在电网正常运行时,消谐管的接入,不影响互感器的准确测量和继电保护的正确运作。
    消谐装置由监频环节与消谐环节两大部分构成,其原理接线如图7所示。
    注:G为消谐管;2、4、6为消谐管的引出线
电压互感器铁芯饱和谐振过电压的解决措施及防范对策
    消谐管的2、6引出端跨接在电压互感器开口三角绕组上,4、6端用监频继电器JL的常开接点相联。谐振检频回路由检频继电器JL、监频电抗器L和监频电容C三个元件构成,设计为串联谐振25周波。当系统运行正常时,开口三角仅有1个<=5V的位移电压,消谐管处于不工作的冷态,为1个低于1Ω的电阻,此时流过r1的电流不足1A。对互感器没有不良的影响。在空母线合闸、消弧线圈突然断开时,电网可能产生铁磁谐振,将被R0=1Ω所抑制而不能激发起来,即消谐管的冷态电阻R0足以消谐。如果电网发生单相接地,开口三角电压达100V左右,灯丝r1此时的热电阻升到60Ω以上,对电压互感器的测量系统无影响,当单相接地故障消除时,如果出现基频和高频谐振,该电阻足以消除谐振;若为1/2次分频谐振,监频回路呈现出低电阻,电压达到动作电压时,监频继电器动作,常开接点JL闭合,将电阻r2与r1并联,开口三角投入低电阻消谐,分频谐振得以消除。电网恢复正常后,监频回路呈现高阻抗,监频继电器的动作电压也》25周波时的电压,继电器的接点断开。某发电厂厂用6kV系统采用FXG型消谐装置,运行实践表明,消除谐振效果显著,安全可靠。
 
    防止谐振的其他措施还有:
    (1)选用励磁特性好的、在线电压下铁芯不易饱和的电压互感器;
    (2)选用V接电压互感器或使用电容式的电压互感器;
    (3)定期对已运行的电压互感器进行励磁特性试验,发现问题及时解决。
 
结论
    综上所述,开口三角绕组两端接入电阻、电压互感器中性点经电阻接地和采用消谐装置等3中防止谐振措施,都具有简单方便、消谐效果良好、对接地指示灵敏度没有多大影响等优点。但在实际工程应用时,必须通过计算和模拟实验,选择适合本地电网的方案,并受运行实践考验。
    比较起来,开口三角绕组接电阻或白炽灯,对于防止带电压互感器投入空载母线引起的谐振较有效,如果谐振是由单相接地引起的,当单相接地时间较长时,灯泡在开口三角电压作用下,灯丝发热,阻止增大,不能抑制分频谐振;中性点经电阻接地方案,对于单相接地消失时由互感器引起的谐振现象,具有名校的消振效果,但空母线合闸时,中性电阻阻尼效果较差。为了可靠的防止和消除谐振,建议将以上两种消谐措施同时采用。消谐器虽然是个简便的措施,能消除电压互感器引起的分频、基频和高频铁磁谐振,还能避免互感器过载烧坏,但由于其特性不稳定或质量欠佳,有时造成消谐失效,建议采用高质量的产品。