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    電壓互感器鐵芯飽和諧振過電壓的解決措施及防

    作者:威博特鐵芯   發布時間:2019-03-30 15:01:38 瀏覽次數:
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        中性點不接地系統的電壓互感器,產生鐵芯飽和諧振的主要原因是諧振波電源和諧振電路參數的匹配。由于電力系統故障的形式是多種多樣的,目前尚無有效措施對諧波電源加以限制,此外由于故障形式的不同,系統諧振參數也是隨機變化的。因此,消除10kV系統發生諧振的方法有兩種:一種是改變零序網絡中Xc與Xm的比值,使Xc/Xm的比值躲過諧振實驗曲線的諧振區域,或固定接入電阻,從根本上破壞諧振的基本條件。根據紹特和彼得遜的研究,當Xc/Xm<0.01時,不會發生諧振;當Xc/Xm>0.08時,會出現基頻諧振;隨著比值的增高,還會出現倍頻諧振。但這些諧振所需要的電源電壓較高,不會輕易發生,如圖4所示。上述變電所發生諧振時Xc/Xm=0.041~0.085,是一種分頻諧振現象,所需要的電源相電壓的值約為0.01Uxg,因此交易發生。另一種方法是在諧振發生后,自動投入阻尼電阻,破壞諧振得法,制定了以下具體措施。
    電壓互感器鐵芯飽和諧振過電壓的解決措施及防范對策
     
    1、開口三角繞組接入阻尼電阻
        運行時間表明,在電壓互感器的開口三角繞組接入一個電阻,可以增大回路的阻尼作用,并有效防止或消除鐵磁諧振過電壓。
        開口三角繞組接入電阻如圖5所示。當電壓互感器發生諧振時,中性點出現位移電壓,使三相電壓不對稱,電壓互感器鐵芯嚴重飽和,出現零序磁通,電壓互感器高壓繞組中將流過零序電流I10,在開口三角繞組兩端感應零序電壓U20.如果在開口三角繞組兩端接入一個電阻R0,將流過零序電流I20,它對高壓繞組產生去磁作用,從而抑制了諧振。R0愈小,I20愈大,去磁作用也愈顯著。如果將開口三角繞組兩端短接,即R0=0,諧振就不會發生。
        在圖5中,I10=I20/K^2,I20=3*U20/R0,則I10=3*U20/K^2R0  所以 U10/I10=R=R0*K^2/3。
        電壓互感器鐵芯飽和諧振過電壓的解決措施及防范對策
        式中:K為電壓互感器的高壓繞組與開口三角繞組之間的比。
        可見,開口三角繞組兩端接入電阻R0,就相當于在電壓互感器的高壓側每相并聯一個(K^2/3)R0的電阻,增大了回路的阻尼率。通過模擬試驗,一般來說,消除分頻諧振所需要的R0值較小,高頻諧振要求的電阻高。因此如果按消除分頻諧振的要求來選擇電阻,就可同時滿足消除基頻諧振和高頻的要求。故分頻諧振和基頻諧振的R0確定方式為R0=Xm/K0^2。
        從諧振效果來說,希望R0盡可能小些。但是R0太小,系統發生單相接地時,電壓互感器漏抗上的壓降太大,開口三角繞組兩端電壓過低,不能滿足繼電保護的要求。在現場為了電阻的取材方便,同時滿足繼電保護的要求,3~10kV互感器可采用200~500W普通白熾燈泡作為開口三角電阻。燈泡的鎢絲在冷卻狀態下的溫差極大,其電阻呈非線性特性。如500W燈光在冷狀態下,電阻僅有7Ω左右,足以消除空母線合閘的諧振現象;單相接地時,三角開口電壓約100V,燈泡電阻在100V電壓下增至約70Ω,能滿足繼電保護和互感器熱容量的要求。某電廠3kV廠用電系統曾多次發生諧振,造成互感器熔絲熔斷,深圳全廠停電事故。在開口三角接入500W白熾燈后立即消除。
        但是由于單相接地故障消失時所激發的鐵磁諧振現象,由于白熾燈在故障消失前的接地期間因發熱電阻已顯著增大了,以致有時起不到消除諧振的作用,這是互感器開口三角繞組兩端接白熾燈的一個固有缺點。
     
    2、高壓繞組中性點經電阻接地
        通過試驗和運行實踐證明+在電壓互感器一次繞組和中性點經一個較大的電阻接地,利用該電阻限制互感器繞組中的電流,是防止或消除互感器鐵芯飽和諧振的一個有效而簡便的措施,見圖6。
    電壓互感器鐵芯飽和諧振過電壓的解決措施及防范對策
        圖6中,當系統C相發生單相接地時,故障點流過電容電流,非故障相A、H的電壓升高為線電壓,其對地電容C0上充以與線電壓相應的電荷。在接地故障期間,此電荷產生電容電流,以接地點為通路,在電源導線和大地間流通,由于互感器激磁阻抗很大,故流過互感器的電流很小。但是,一旦接地故障消除,這個電流通路被切斷,而非接地相必須由線電壓瞬間恢復到正常相電壓水平。由于接地故障已斷開,非接地相在接地期間已經充電至線電壓下的電荷,就只能通過互感器高壓繞組,經其接地的中性點泄人大地。在這一瞬變過程中,互感器高壓繞組中將流過一個很大的工頻沖擊電流,使互感器鐵心嚴重飽和,激發諧振現象。
        如果在電壓互感器高壓繞組中性點串一個足夠大的電阻接地,在單相接地故障消失時,就可阻尼流過高壓繞組和中性點的沖擊振蕩電流,使其急劇衰減,避免鐵心飽和,防止鐵磁諧振的產生。
        單純從消振效果來看,中性點電阻越大越好,若該電阻為無限大,即互感器高壓側中性點不接地,則諧振條件不成立,諧振根本不會發生。但是中性點電阻的選擇要受到中性點絕緣水平、電壓互感器接地指示的靈敏度、正常電壓測量和電網運行方式的限制,不能選擇得太大。對于不同電壓等級的電網、不同伏安特性的電壓互感器,中性點電阻值通過試驗確定,一般可控制在10kΩ左右。上述變電所,將每臺電壓互感器中性點改為經15kΩ電阻接地后,運行多年,消諧振效果良好。
     
    3、用消諧振器消除諧振
        消諧振的主要元件消諧管,是具有特異電阻特性的真空器件。它有較高的冷熱電阻比率和一定的阻止變化速度。在35kV及以下的中性點不接地電網中,消諧器接在開口三角繞組兩端,用以消除電壓互感器引起的基頻諧振、分頻諧振和倍頻鐵磁諧振,避免虛幻接地信號的出現,防止互感器噴油、避雷器爆炸和電網的停電事故。而在電網正常運行時,消諧管的接入,不影響互感器的準確測量和繼電保護的正確運作。
        消諧裝置由監頻環節與消諧環節兩大部分構成,其原理接線如圖7所示。
        注:G為消諧管;2、4、6為消諧管的引出線
    電壓互感器鐵芯飽和諧振過電壓的解決措施及防范對策
        消諧管的2、6引出端跨接在電壓互感器開口三角繞組上,4、6端用監頻繼電器JL的常開接點相聯。諧振檢頻回路由檢頻繼電器JL、監頻電抗器L和監頻電容C三個元件構成,設計為串聯諧振25周波。當系統運行正常時,開口三角僅有1個<=5V的位移電壓,消諧管處于不工作的冷態,為1個低于1Ω的電阻,此時流過r1的電流不足1A。對互感器沒有不良的影響。在空母線合閘、消弧線圈突然斷開時,電網可能產生鐵磁諧振,將被R0=1Ω所抑制而不能激發起來,即消諧管的冷態電阻R0足以消諧。如果電網發生單相接地,開口三角電壓達100V左右,燈絲r1此時的熱電阻升到60Ω以上,對電壓互感器的測量系統無影響,當單相接地故障消除時,如果出現基頻和高頻諧振,該電阻足以消除諧振;若為1/2次分頻諧振,監頻回路呈現出低電阻,電壓達到動作電壓時,監頻繼電器動作,常開接點JL閉合,將電阻r2與r1并聯,開口三角投入低電阻消諧,分頻諧振得以消除。電網恢復正常后,監頻回路呈現高阻抗,監頻繼電器的動作電壓也》25周波時的電壓,繼電器的接點斷開。某發電廠廠用6kV系統采用FXG型消諧裝置,運行實踐表明,消除諧振效果顯著,安全可靠。
     
        防止諧振的其他措施還有:
        (1)選用勵磁特性好的、在線電壓下鐵芯不易飽和的電壓互感器;
        (2)選用V接電壓互感器或使用電容式的電壓互感器;
        (3)定期對已運行的電壓互感器進行勵磁特性試驗,發現問題及時解決。
     
    結論
        綜上所述,開口三角繞組兩端接入電阻、電壓互感器中性點經電阻接地和采用消諧裝置等3中防止諧振措施,都具有簡單方便、消諧效果良好、對接地指示靈敏度沒有多大影響等優點。但在實際工程應用時,必須通過計算和模擬實驗,選擇適合本地電網的方案,并受運行實踐考驗。
        比較起來,開口三角繞組接電阻或白熾燈,對于防止帶電壓互感器投入空載母線引起的諧振較有效,如果諧振是由單相接地引起的,當單相接地時間較長時,燈泡在開口三角電壓作用下,燈絲發熱,阻止增大,不能抑制分頻諧振;中性點經電阻接地方案,對于單相接地消失時由互感器引起的諧振現象,具有名校的消振效果,但空母線合閘時,中性電阻阻尼效果較差。為了可靠的防止和消除諧振,建議將以上兩種消諧措施同時采用。消諧器雖然是個簡便的措施,能消除電壓互感器引起的分頻、基頻和高頻鐵磁諧振,還能避免互感器過載燒壞,但由于其特性不穩定或質量欠佳,有時造成消諧失效,建議采用高質量的產品。
        

     




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