電磁式電壓互感器飽和引起諧振過電壓的分析與抑制

陳上吉

(國網(wǎng)河南省電力公司,河南鄭州 450052)

電磁式電壓互感器飽和引起諧振過電壓的分析與抑制

陳上吉

(國網(wǎng)河南省電力公司,河南鄭州 450052)

本文從理論上闡述了電力系統(tǒng)由于電壓互感器飽和產(chǎn)生鐵磁諧振的原因及對電力系統(tǒng)安全運行的影響,并介紹了抑制鐵磁諧振的措施。

電壓互感器飽和 鐵磁諧振 抑制措施

電力系統(tǒng)是一個復(fù)雜的電力網(wǎng)絡(luò),存在很多電感和電容元器件,尤其在不接地系統(tǒng)中,常常出現(xiàn)諧振現(xiàn)象,這給電網(wǎng)的穩(wěn)定、設(shè)備的安全運行帶來隱患。產(chǎn)生諧振的原因有很多,本文主要闡述由于電磁式電壓互感器飽和引起的鐵磁諧振過電壓。

1 電磁式電壓互感器飽和引起諧振過電壓的分析

1.1 產(chǎn)生諧振過電壓的原因

在電力系統(tǒng)中,電壓互感器(PT)是聯(lián)絡(luò)一、二次系統(tǒng)的重要元件,能正確反映電氣設(shè)備的正常運行和故障情況。在正常工作時二次繞組近似于開路狀態(tài),不允許短路。

產(chǎn)生諧振過電壓的外在原因通常是電力系統(tǒng)發(fā)生單相間歇性電弧放電、樹竹接地；內(nèi)部原因是壓變本身內(nèi)部出現(xiàn)單相接地或匝間、層間、相間短路故障。電壓對電壓互感器的終極破壞就是使其爆炸,甚至還會造成母線短路,嚴(yán)重影響輸電。電壓互感器被破壞的原因有很多,主要因素是產(chǎn)品質(zhì)量不好,當(dāng)一次側(cè)繞組發(fā)生匝間短路,電流會迅速增大,鐵芯也將迅速飽和從而導(dǎo)致諧振過電壓,使絕緣擊穿,高壓熔斷器被熔斷。目前,諧振過電壓主要是由單相間歇性電弧放電產(chǎn)生的。

1.2 電磁式電壓互感器飽和引起諧振過電壓的分析

電磁式電壓互感器引起的諧振過電壓,主要是電網(wǎng)出現(xiàn)擾動時電壓互感器飽和造成鐵磁諧振過電壓。鐵磁諧振發(fā)生在含有鐵芯電感的回路中,電感值會隨著電壓、電流的大小而變化。假設(shè)正常運行條件下,感抗大于容抗。當(dāng)鐵芯兩端電壓升高或電感線圈出現(xiàn)涌流時,鐵芯就可能出現(xiàn)飽和,感抗就會減小。當(dāng)感抗降到容抗大小時,就滿足了諧振條件。發(fā)生諧振時,電容、電感上會形成過電壓。

具體到系統(tǒng)中,電力系統(tǒng)可以分為中性點不接地系統(tǒng)和中性點接地系統(tǒng)。本文就不接地系統(tǒng)中的狀況展開分析。

在中性點不接地系統(tǒng)中,為了監(jiān)視三相對地電壓,變電站的母線上常接有YO接線的電磁式電壓互感器．如圖1。

圖1 中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振原理示意圖

正常運行時,電壓互感器的阻抗很大并呈感性,各相導(dǎo)線的對地電容呈容性,且如圖1所示,L和C并聯(lián),所以每相阻抗呈容性,對應(yīng)的三相導(dǎo)納也基本相同,三相對地負(fù)載基本平衡,電網(wǎng)中性點的位移電壓很小,此時不具備線性諧振的條件。但當(dāng)電網(wǎng)中出現(xiàn)某些擾動時,比如前面提到的輸電線路的兩相短路、單相接地、斷線或內(nèi)部操作過電壓時,一相或兩相電壓瞬時升高,使互感器兩相或一相的勵磁電流突然增大,鐵芯就會飽和。由于各相飽和程度的不同,就可能出現(xiàn)較高的中性點位移電壓,進(jìn)而可能激發(fā)諧振過電壓,中性點位移電壓可有以下公式計算,即:

如果在正常狀態(tài)下各相導(dǎo)納呈容性,那么由于存在擾動,假使B相和C相對地電壓瞬時升高,L2和L3將減小,電感電流會增大,可能使B、C兩相的導(dǎo)納變成電感性。由于總導(dǎo)納顯著減小,從而使位移電壓大大加大。如果參數(shù)配合不當(dāng),恰好使總導(dǎo)納接近于零,就會產(chǎn)生并聯(lián)諧振現(xiàn)象,使中性點電壓急劇上升,中性點電壓越高,相對地過電壓也越高。

在電網(wǎng)運行中,通常發(fā)生兩相對地電壓升高,一相對地電壓降低的情況,這與系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)單相接地時的現(xiàn)象相仿。諧振過電壓對設(shè)備的威脅最大,所以在巡視時切不可將電壓互感器諧振誤判為單相接地而耽誤了及時、準(zhǔn)確處理故障的時機。

根據(jù)前面分析可以看出,在諧振回路中電容可以看作線性參數(shù),電感是非常數(shù),故回路沒有固定的自振頻率。電感未飽和時,電路的自振頻率小于電源頻率。隨著鐵芯的飽和,電感值減小,使得在某一電壓下,回路的自振頻率正好等于或接近電源頻率,從而發(fā)生了諧振過電壓。

2 抑制鐵磁諧振的方法

為了限制電磁式電壓互感器飽和引起諧振過電壓,根據(jù)翻閱資料和工作實踐,可總結(jié)為以下幾種方法:(1)選用質(zhì)量好,技術(shù)性能優(yōu),鐵心不易飽和的電壓互感器；(2)在電壓互感器開口繞組中接入適宜的電阻,或者在電壓互感器一次繞組中性點對地接入電阻以阻尼振蕩；(3)在某些情況下,可在10千伏的母線上裝設(shè)一組三相對地電容器,或用電纜代替架空線,以增大對地電容,從參數(shù)搭配上避免諧振；(4)特殊情況下,可將中性點不接地系統(tǒng)臨時經(jīng)小電阻接地或直接接地,或投入消弧線圈,也可以按事先規(guī)定投入某些線路或設(shè)備以改變電路參數(shù),消除諧振過電壓；(5)目前變電站用的大多是電磁式電壓互感器,主要抑制方法是在電壓互感器的輔助二次側(cè)即開口三角接線的開口處裝有消諧裝置,即并聯(lián)消諧燈。正常運行時開口三角應(yīng)該沒有電壓差；故障時,開口處就會有電壓,消諧燈就會亮,故障排除后燈滅。

3 結(jié)語

電力系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振的直接因素是系統(tǒng)過電壓,其根本原因是電壓互感器出現(xiàn)飽和,造成互感器的感抗改變,至于采用何種消諧方法,應(yīng)該根據(jù)實際情況,結(jié)合系統(tǒng)的運行方式,分別采取措施,以達(dá)到預(yù)期的效果。

陳上吉(1984—),女,工程碩士,工程師,從事電能計量、智能電網(wǎng)管理工作。