防谐振措施范文

防谐振措施范文（精选7篇）

防谐振措施 第1篇

在中性点不接地的10k V配电系统中,大多采用电磁式电压互感器(PT),其一、二次绕组接成星形,且中性点直接接地,另三次绕组接成开口三角形,用来监测系统是否出现单相接地。正常运行时,PT的励磁感抗相对于10k V系统的对地容性阻抗大得多,且三相基本平衡,中性点偏移电压很小,系统不会发生谐振。但发生某些情况时,会使PT三相的励磁电感快速达到饱和,且每相饱和程度的差别比较大,导致三相对地的阻抗明显处于不平衡,系统中性点电压产生偏移,参数匹配得当时使PT励磁电感和三相对地电容构成的回路产生谐振过电压。这种过电压的发生可导致设备的损坏,对系统造成谐波污染等问题。

1 电压互感器谐振发生原因

在10k V配电系统是不接地系统,但其星形接法的PT高压侧中性点必须直接接地,同时10k V母线和线路有对地电容,其等值电路见图1,其中EA,EB,EC为三相电源电动势。此时各相对地励磁电感LA=LB=LC=L0与母线和线路对地等值电容C0间组成独立的振荡回路。

在电网中性点不接地系统中,系统中10千伏母线常接有Yo接线的电磁式电压互感器,方便监视三相对地电压,正常时PT的励磁阻抗很大,对地阻抗呈容性,三相基本平衡,中性点O的位移电压很小,但扰动情况下,如系统单相接地的消失和发生,都会使PT中暂态励磁电流急剧增大,感值下降,三相电感值就会变化,在O点发生零序电压。

有研究证明:在PT开口三角绕组接入电阻(R/Xm≤0.4),相当于在PT的励磁电感之中并入电阻,可以限制和消除谐振;在PT的高压中性点串接一个电阻,随着R的增大,谐振的范围就会缩小,当R≥6%Xm时可消除一切铁磁谐振;当线路对地容抗XCo/Xm≤0.01时,将不会产生谐振。

PT铁磁谐振过电压会使高压保险熔断、限流电阻爆炸、绝缘闪络等异常故障,可能使PT喷油冒烟或烧毁或爆炸,此外会造成虚幻接地现象和接地指示误动作。

2 电压互感器消除铁磁谐振措施

在中性点不接地电网系统中消除电压互感器谐振过电压的根本思路就是抑制产生铁磁谐振的条件,可以从PT一次侧和二次侧着手。

2.1 一次消谐的主要方法

(1)选用励磁特性好的电压互感器。使电压互感器在发生单相接地故障时铁心不易被饱和,这样谐振的匹配参数就无法构成。

(2)三相母线接无间隙氧化锌避雷器(MOA)。其原理是根据非线性电阻泄放三相对地电容上的零序电荷来达到消除谐振。但是在电网中性点不接地系统中,不宜单纯采用避雷器作为电网互感器铁磁谐振的限压办法,而应该当作其后备保护。

(3)在PT高压侧中性点加装LXQ型消谐器。因为当电阻元件的容量大小、绝缘水平及连接方式等选择不当时,直接选用线性电阻时,会发生设备引线过热烧断、电器烧损、沿面闪络等。

(4)电网系统中性点经过消弧线圈接地。该种情况下,消弧线圈(Ln)的作用不再是用于补偿系统的电容电流,只是让Ln值远小于PT的励磁电感,此时回路中3Ln和线路电容大小决定零序自振的角频率,从而不会发生PT引起的共振现象。很明显Ln越小,消除谐振的效果越好。

(5)PT高压侧中性点串接一个线性电阻然后接地。把PT高压侧中性点直接接地方式改为通过电阻R0接地,这样就等价于在PT二次开口三角绕组接入电阻或每相对地并联电阻。一般来说,R0越大阻尼效果越好,但R0太大,当电网出现单相接地时,将会影响系统继电保护装置的正确动作和接地指示的灵敏度。

(6)采用PT高压侧中性点串联单相PT。根据在电网发生单相接地时,系统线路电压由主PT和副PT共同承担,等于改善了PT的励磁特性,使PT不易达到饱和。

2.2 二次消谐的主要方法

(1)最原始方法,PT开口三角侧接1个灯泡。但随着电网系统容量的增大,实践表明此方法的消谐效果不理想。

(2)在PT开口三角侧加装消谐装置。当电网系统分频谐振时,其继电器会启动,将开口在三角绕组短接,经1s后,继电器则自动复归。所以在开口三角绕组接低频率继电器,整定其动作频率在34赫磁以下,动作电压在18伏以上,用以消除分频谐振。

(3)电压互感器开口三角加接一个电阻器。电阻接在开口三角绕组两端,一次侧电流肯定会增大,PT的容量相应增大。从抑制谐波方面考虑,R值越小,效果越显著,但PT的过载现象越严重,在谐振或单相接地时间过长时甚至会导致保险丝熔断或PT烧毁。

3 结束语

文章分别介绍了一次消谐的方法和二次消谐的方法,在实际工作中,我们应根据当地的电网情况,结合电网运行方式,进行分析讨论采用何种消谐方法,及时采取相关技术措施来抑制和消除铁磁谐振,避免由此带来的故障扩大,确保电网的安全稳定运行。

摘要：对于电压互感器而言,谐振一直是影响其电压的一个重要因素,文章主要分析了中性点不接地的10kV配电系统中电磁式电压互感器发生铁磁谐振的原因,并指出其对配电系统和设备所产生的危害,阐述了电压互感器的多种防止谐振的举措。

关键词：10kV铁磁谐振电压互感器,防谐振措施,研究分析

参考文献

[1]王林峰.电磁式电压互感器的谐振及主要限制方法[J].河北电力技术,2003,22(1):15-17,22.

[2]刘占荣,等.一种消除电磁式电压互感器铁磁谐振方法的探讨与实践[J].高压电器,2006,42(4):317-318.

[3]杨洪平.中性点非直接接地系统铁磁谐振的产生及措施[J].天津电力技术,2008(4):45-48.

[4]徐铭,等.电磁式电压互感器铁磁谐振的发生及预防[J].甘肃科技,2008,24(5):50-52.

[5]周丽霞,等.配网PT铁磁谐振机理与抑制的试验研究[J].电工技术学报,2007,22(5):153-158.

[6]刘春艳.电磁式PT所致铁磁谐振过电压分析及抑制[J].青海大学学报,2005,23(3):30-33.

[7]柯松伟.10k V配电互感器保护配置方式的合理选择[J].广东电力,2003(16):4.

[8]李福寿.消弧线圈自动调谐原理[M].上海交通大学出版社.

[9]高压电气设备试验方法第2版[M].中国电力出版社.

三相防谐振电压互感器的应用 第2篇

与常规电压互感器相比, 防谐振电压互感器的关键措施是将常规三相电压互感器星形接线的一次线圈公共端N悬空, 这样, 在系统发生单相接地异常运行状态时, 电压互感器的一次线圈就不会承受线电压, 从而使电压互感器因铁芯饱和而产生谐振。10/3 0.1/30

一次线圈公共端N悬空后, 为弥补系统发生单相接地时, 在电压互感器二次线圈侧正确测量到故障的相别, 保证其测量效果等同于常规三相电压互感器。需要在其悬空的N端和接地极之间再接入一台单相电压互感器, 其变比规格为10/√3∕0.1/√30.1kV, 接线原理图如下图所示。10/3 0.1/3

从图中可以看出, 当10kV系统发生A相金属接地故障时, 电压互感器的一次线圈等值电路可表示为:

此时, A点电位为零, N点电位为-UAN, B、C点的电位分别为-UAB, -UAC。虽然电压互感器一次线圈的各个端点的电位发生了变化, 但电压互感器的三相电压线圈TV1上的电压降基本不会变化, 而零序补偿线圈TV´上的电压由原来的0变为UAN。这样, 反映在电压互感器二次侧表计回路的电压为Ua=0;Ub=UAB;Uc=UAC。因此, 零序电压互感器的使用, 保证了其正常的测量效果。

2防振电压互感器在安装和运行中应注意的问题

1) 二次回路的接线中只允许一点接地, 如图1所示。如果还有其他接地点, 则有可能将电压互感器烧毁。例如, 现场有时还将互感器二次绕组的公共点n点接地, 则从图1中可以看到, 零序电压互感器的二次绕组有一半被短接, 当系统发生单相接地故障时, 其一次绕组承受相电压, 互感器处于短路运行, 这种错误在正常运行中不会发现, 只有在发生事故时, 一般要等到互感器冒烟, 树脂烧焦熔化才会被察觉。有关资料反映, 类似故障在系统中已发生多起。

N.1kV2) 一次线圈的公共端子N不能直接接地。首先, N端接地以后, 相当于按常规电压互感器进行接线, 不能起到防止谐振过电压的作用, 更为严重的是, 对于某些特殊结构的电压互感器 (如JSZF-10G型) , 其三个相电压互感器 (TV1) 公用一个三相三柱式铁芯, , 当系统出现单相接地故障, 在互感器中产生零序电压, 而零序电压产生的零序磁通没有铁磁回路, 磁通只能经空气中闭合, 磁阻很大, 此时, 电压互感器的零序励磁阻抗很小, 则会出现互感器因零序励磁电流很大而烧毁, 经运行统计, 此类事故, 也曾发生过, 不可忽视。

3) 常规的单相电压互感器一般带有测量系统零序电压的剩余电压绕组, 而在防谐振接线的三相电压互感器中, 该剩余绕组串联输出的电压将不会反映系统的零序电压, 理论上讲, 该电压为零。所以在某些设备制造厂家的技术要求中, 将该剩余电压绕组串联后再短接运行, 以改善三次谐波对电压互感器的输出波形的影响。但实际上, 由于存在中性点电压互感器 (TV′) , 该短接的剩余电压绕组的作用已经很小。相反, 剩余电压绕组串联短接运行后, 只要三相电压互感器的一次接线或剩余电压绕组的二次接线有一处极性接反, 就会造成电压互感器因二次回路短路而烧毁, 存在很大风险。所以, 宜将剩余电压绕组开路运行。在新型的JSZF-10G型电压互感器的制造设计中, 已经取消了剩余电压绕组。

参考文献

[1]电流电压互感器.大连第二互感器厂.

[2]袁国胜.JSZF-10型三相防谐振电压互感器的原理与应用.

谐振过电压的解决措施 第3篇

中性点不稳定过电压在电力系统中普遍发生, 是电力设备发生损坏甚至烧毁的重要原因之一, 同时也是电压互感器烧毁及高压保险频繁熔断的主要原因, 在中性点不接地的条件下, 偶遇激发即可发生谐振过电压, 对安全供电构成极大威胁。

在电网 (变压器) 中性点不接地、电压互感器对地的感抗与电网的对地容抗相互匹配的条件下, 由于突然投入空母线或电网内发生瞬间电弧接地等原因, 使电压发生突变, 引起电压互感器铁心饱和, 导致三相对地导纳的不对称, 便可能产生基波、高次谐波或低分次谐波等三种不同频率的中性点不稳定过电压, 而且在同一次过程中, 可能产生两种不同频率的过电压, 即可从一种频率的谐振状态自动转变为另一种频率的谐振状态。谐振状态可能持续较长的时间, 也可能突然自动消失。谐振发生后电压互感器同时伴有异常声响。

当产生高次谐波谐振时, 因中性点出现高次谐波的位移电压, 它与工频电压叠加后, 三相电压同时升高, 其中某一相电压尤高, 开口三角绕组同时也会出现过电压。

当产生低次谐波谐振时, 三相电压与正常情况下电压相比, 依次轮流升高, 电压表的指针在相同的范围内出现低频摆动, 开口三角绕组也会出现分频零序电压。分频谐振, 其特征是过电压并不高, 但流过电压互感器绕组的电流很大, 可达30~50倍, 所以常常使电压互感器因过热而爆炸。

2. 谐振的解决措施

(一) 总体思路。在中性点不接地系统中, 通常限制铁磁谐振过电压措施可采用下述方案。

方案1:在系统 (电源) 中性点装设自动调谐接地补偿装置 (使其自动调节, 始终处于过补偿状态) , 这也是从根本解决这一问题的较好方式, 能达到较好的效果, 但投资较大。

方案2:改变电容、电感参数, 使其远离谐振匹配条件, 如使母线分段运行, 使其发生谐振条件相对减少;每相母线上安装电容器, 使其不满足谐振产生条件;采用励磁特性好的PT, 并尽可能使PT组中3台PT励磁特性相近;限制同一系统中PT并联台数;或选用容性PT;在PT高压侧中性点串接单相PT;等等。

方案3:消耗谐振能量, 阻尼抑制或消除谐振发生。如在PT高压侧中性点串接电阻器;在开口三角侧接入非线性电阻器等。

(二) 具体措施。

a.系统中性点 (即电源中性点) 装设消弧线圈, 使系统阻抗参数尽量避开谐振区, 对发生谐振较频繁自闭、贯通回路, 还应考虑将自母互、贯母互电压互感器中性点改为经消弧线圈接地。

谐振严重的变配电所可考虑在电源中性点装设自动调谐接地补偿装置 (成本较高) 。

组成:接地变压器、电动式消弧线圈、微机控制部分、阻尼电阻部分、中性点专用互感器和非线性电阻。采用自动调谐原理的接地补偿装置, 可通过调节实现过补偿、全补偿和欠补偿运行方式, 来较好地解决此类问题。

b.在多台并联运行的电压互感器中性点加装阻尼电阻R0, 只要满足R0≥6%XL即可消除谐振。在加装中性点电阻时还应考虑电阻的功率及表面爬电距离。对于JDXJ型的电压互感器, 可选用10kΩ, 100W, 150~200mm电阻器;

由于中性点电阻对空母线合闸阻尼效果不好, 还应在TV开口三角侧加装用于限制高次谐波谐振装置, 通常可选用150~200W功率白炽灯串接在开口三角侧, 配合使用效果会更好一些。

c.在系统电压互感器中性点安装消谐器, 当系统单相接地时, 消谐装置上会出现较高的电压使消谐器导通, 消耗能量, 起到阻尼和限制电流的作用, 并且也降低了互感器上的电压, 改善了电压互感器的伏安特性。但要注意:电阻的选择不能太大, 否则发生单相接地时, 开口三角电压就会较低, 对保护的正确动作有一定的影响。因此宜采用非线性电阻, 正常时, 阻值较大, 故障时由于高电压作用, 阻值下降, 同样起到消耗能量和阻尼等的作用, 而不会影响开口三角保护功能的可靠性。一般选R≥0.06XL, 容量大于600VA的电阻。这种方式一般在10k V及以下的系统中采用。

d.在电压互感器的开口三角装设消谐装置或电阻。在电压互感器的开口三角装设消谐装置或电阻等价于高压侧中性点加装电阻作用, 同样起到阻尼、消谐、抑制谐振的作用。

另一方面, 可从继电保护角度考虑, 在PT开口三角装设RΔ0.4 (Xm/K13) 的电阻, (K13为互感器一次绕组与开口三角形绕组的变比) , 选择电阻时, 注意电阻的功率要足够, 在谐振发生时, 用接地电压继电器和时间继电器 (经过2~3s延时) 配合, 采用自动投入、切除的方式。实现既可以阻尼谐振, 也可以对电压互感器的容量选择带来好处, 不影响开口三角的保护功能, 形成较为完整的保护功能, 可限制一般的基波和分频谐振。

3. 从具体倒闸操作检修等方面考虑消除铁磁谐振的方法

(一) 给母线充电前先切除PT, 充电后再投入PT, 停母线时先切除PT再拉开开关。

(二) 操作中注意监视母线电压, 如电压过高则立即改变方式, 合上或拉开引起谐振的开关、断路器或电压互感器。

(三) 减少同一系统中的电压互感器的投运台数。

在系统中由于保护和计量的需要有多台电压互感器同时投运, 这样PT投运台数越多, 总体伏安特性也就越差, PT的总体电抗也就越小, 对于以上问题应该加强运行管理, 能用一台PT可以替代二台的, 就不要用两台PT同时运行, 在10k V、35k V系统中, 有些PT中性点不需要接地运行的, 就应尽可能不接地运行。

(四) 有条件的配电所, 可在10k V母线每相加入对地电容,

PT谐振的分析与抑制措施 第4篇

动力厂发生事故的35 k V系统, 都是中性点不接地系统, 装有一次接线为Y0的电磁式电压互感器 (PT) 由于PT一次线圈的X端接地, 且铁芯易饱和, 易于产生两种不利状况:一是电网间歇性接地或接地消失时, 电网对地电压产生低频自由分量, 使X端接地的Y0接线电压互感器深度饱和, 一次线圈通过涌流, 使PT熔丝熔断甚至烧坏PT。二是在一定外界激发条件下, 产生铁磁谐振, 谐振使得电网三相对地电压波动, 影响电网正常运行, 严重时, 使得绝缘设备损坏, 造成电网事故。

经过对各地区电网运行进行情况进行分析, 发现PT铁磁谐振是电力系统中发生较为频繁且造成较多事故的一种内过电压。谐振过程可持续很长时间, 幅值有高有低, 且频率各有不同如分频、基频、高频等, 有些过电压并不高, 但是由于频率低, 且谐振电流很大, 对电网的安全运行有很大的危害。种情况下出现单相接地, 故障点对地流过电容电流, 不接地的两相相电压升高至线电压。在间歇性接地时, 一旦接地故障点消失, 非接地相在接地故障期间已充的线电压电荷只能通过PT高压线圈并经其接地点流入大地, 在这电压突变瞬间, PT高压线圈的非接地两相的励磁电流突然增大, 使PT达到饱和, 由于间歇性接地, 非接地两相的励磁电流不断激增, 极易激发相间串联谐振。

1 PT谐振产生的原因分析

铁磁谐振产生的条件有:ωL>1/ωC;激发因素。其中主要包括电网电压冲击、励磁涌流、合闸相角、系统间歇性接地、电网频率波动等。

系统产生铁磁谐振的原理如图1所示。

(1) 首先对于中性点不接地系统, 在某

(2) 合闸过程极易引起铁磁谐振, 合闸过程中因合闸瞬间的相位角不同极易产生操作过电压引发谐振, 断路器在合闸操作过程中出现过电压 (如A相) , 则有可能使此相电压互感器铁心出现饱和, 导致线圈参数变化 (感抗变小) , 从而使三相的总阻抗出现不平衡, 使电压互感器的中性点对地电压发生偏移, 导致谐振。或因合闸过程中因断路器三相触头不同期, 可能发生三相接通不同时, 这样就相当于在触头间串联上不等的电容, 从而引发谐振。

(3) 系统发生铁磁谐振。近些年来, 由于配电线路调速电机、电子控制电焊机等设备的大量使用, 使得供配电系统的电气参数发生了很大的变化, 使得在一定激发条件下, 谐振极易出现。在电力系统谐振过程中, PT电流激增, 此时除了造成一次侧熔断器熔断外, 还有可能导致PT烧毁。极个别情况下, 还会引起PT闪络或爆炸, 直接影响到电网的正常运行。

2 PT谐振消除办法分析

防止和消除谐振的主要措施有两种方式:第一种是通过改变谐振参数, 破坏谐振产生条件, 从而避开谐振区域;第二种是接入阻尼电阻, 增大回路的阻尼效应。

现在现场常用第二种方法, 即增大回路的阻尼作用, 有两种方式:其一是在二次侧开口三角形两端接消谐器;其二是在一次侧中性点对地接消谐器的方法。

2.1 改变谐振参数消谐

(1) 当出现空母排谐振时, 此时应考虑增大母排电容或并联电感, 而不宜急于摇出PT小车, 方法是投入一条空载线路 (增加母排电容) 或者空载的变压器 (并联电感) 来改变改变谐振参数, 从而破坏谐振产生条件, 可使三相电压恢复平衡。

(2) 变电站值班人员在恢复送电时, 宜在确认PT的小车实际位置后, 如在分离位置, 才对空母线送电, 再将PT小车摇到位如PT小车在合位, 则将PT小车摇出后, 再送电。应严格按操作规程进行操作。

(3) 检修人员应尽量将断路器和PT小车三相同期性调整好。技术部门应采用伏安特性较高、饱和迟钝的PT或电容式PT, 以改善技术性能, 避开谐振区域, 减少激发谐振过电压的几率。

2.2 PT二次消谐

(1) PT发生谐振时的电压一般为相电压的3倍, 在开口三角处将会产生100~200 V电压, 因此, 可在PT开口三角处并联220 V600 W/80电阻, 消谐电阻功率不得大于PT极限容量的2.4倍, 保证消谐电阻的安装绝缘, 防止PT二次侧多点接地 (或选用220 V200 W灯泡) , 此种方案实施简单, 投资少, 易于实现和改造。

(2) 也可在P T零序回路中装设二次微机消谐装置。二次微电脑消谐装置能够很好的记录谐振动作情况, 并根据不同频率的波形经开口回路进行抑制, 它有很多优越的性能。但在个别情况下, 当发生电压波形和幅值与单相接地时完全相同基频谐振时, 使微机消谐装置无法正确判断是单相接地还是基频谐振从而无法正确投入动作, 这是一般二次微电脑消谐器的缺点。

3 3PT一次消谐

根据查阅的资料和上级有关技术人员的建议, 从以下三个方面进行考虑。

3.1 加装消弧线圈

消除谐振的最好的办法就是在10 k V或35 k V系统中加装消弧线圈, 使线路处于感性状态, 这将从根本上解决谐振问题。由于加装消弧线圈费用较高, 且一般在电缆线路中使用, 系统运行规程中规定在10 k V系统中容性零序电流>10 A时或35 k V系统中容性零序电流>30 A时, 就应加装消弧线圈。

3.2 经压敏电阻接地

电压互感器高压侧绕组中性点通过电阻接地, 如图2所示。

显然, Ro值越高, 消谐效果就越好。当一次侧的中性点电阻Ro足够大时, 可有效限制PT绕组一次激磁涌流, 从而避免电压互感器铁芯饱和, 能有效地抑制和消除谐振。若Ro→∞, 即中性点接近绝缘, 谐振就不会发生。但由于互感器中性点绝缘一般仅为2k V, 长时间运行电压不宜超过l k V。另外, 还要考虑接地保护的灵敏度和绝缘保护的正确性, Ro值不宜选得过大。热敏电阻 (PTC) 提供了一个理想的解决方案。在PT中性点接R=50K的热敏电阻 (PTC) 接地。系统正常运行时, 中性点电压可忽略不计 (基本为零) 。一旦当发生铁磁谐振, PTC电阻迅速吸收谐振能量, 导致温度、电阻迅速增加, 从而使流过中性点的电流变小, PT的饱和度下降, 破坏了谐振产生的条件从而迅速消除了PT谐振, 使系统恢复正常运行。在中性点接PTC消谐方式经济、简单且实用。

3.3 加装单相P T

在电压互感器中性点接地回路中加装单相PT, 使得电压互感器的等值感抗明显增加, 并可同时使用容量大且不易饱和的电压互感器。此方法实际上是扩大电压互感器的伏安特性曲线的线性区域, 降低各种使电压互感器饱和的几率。具体方案见图3。此类方案简单, 投资较少。

4 结语

总之, 任何消谐方法都是以破坏谐振产生的条件, 来抑制谐振的产生和发展最终达到消谐的目的。针对湘钢动力厂35 k V PT事故提出改进意见, 由于原采用PT二次微机消谐装置, 在线路单相接地时构成相间串联谐振时, 消谐装置启动, 短时短接开口三角绕组, 由于短接电流较大, 容易发生短接触头粘接等现象, 造成开口三角短路除了造成一次侧熔断器熔断外, 还可能导致PT烧毁, 甚至相间短路。故建议可将原装置短接触头容量加大或在PT开口三角处并联220 V/600 W/80电阻 (或选用220 V20 0 W灯泡) , 此方案实施改造简单, 投资少, 易于实现。

不论是加装二次消谐电阻, 还是加装微电脑消谐器, 都是在谐振发生后进行抑制和消除, 且不能限制一次涌流。而一次消谐则是破坏谐振产生的条件, 抑制谐振发生, 它具有限制一次涌流和消除PT饱和谐振双重功效。因此, 要解决变电站谐振的问题, 在经济容许的条件下, 还是应该重点考虑一次消谐的办法。

参考文献

[1]要焕年, 槽梅月.电力系统谐振接地[M].中国电力出版社, 2000.

[2]黄静.电力网及电力系统[M].北京:中国电力出版社, 1999.

[3]王广延.电力系统元件保护原理[M].北京:水利电力出版社, 1986.

[4]黄俊, 王兆安.电力电子变流技术[M].北京:机械工业出版社, 2005.

[5]郭光荣.电力系统继电保护[M].北京:高等教育出版社, 2006.

浅析电网谐振过电压的限制措施 第5篇

1 电网谐振过电压危害性概述

在电网中谐振过电压是一种稳态的现象,其存在与电力系统操作或事故的过渡过程,并且可能在过渡过程结束后的很长一段之间之内依然存在,只有当新的操作发生,谐振条件被破坏之后才能够存在。此外,谐振过电压相比于操作过电压,时间更长,当谐振电压一旦发生,在电网的某一部分就会形成过电压,导致电器设备绝缘性遭到破坏,所产生的电流会将设备烧毁,从而使得电压互感器中的铁芯饱和,致使互感器烧毁或熔断器熔断。一些情况下,谐振过电压也会对电压保护装置的运行条件产生影响,形成保护的误动。

一般而言,为了能够防止这种情况的发生,防止谐振过电压带来的不必要的损失,所以要在设计和操作电网设备时进行估算和安排,估算和安排可以带来很大的成本上和时间上的精简,防止一些不必要的损失,例如过电压所形成严重的串联谐振回路,或采取适当的防止谐振的措施。中低压电网中,电力生产和电力运行中,很多解决方式都是不同的,故障的形式多种多样,其中可能发生的谐振性质也各有不同,所以应该在实际解决中对症下药,能够应对各种不同类型谐振的性质与特点,制订防振和消振的对策与措施。从电网的运行实践证明,中性点不接地系统中,一方面由于电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振过电压比较多,尽管采取了不少限制谐振过电压的措施,如消谐灯、消谐器、TV高压中性点增设电阻或单只TV等,但始终没有从根本上解决问题。TV烧毁、熔丝熔断仍不断发生;另一方面,由于中性点不接地运行方式的主要特点是单相接地后.允许维持一定的时间(一般为2h)不致于引起用户断电,一般为3～5倍相电压甚至更高,致使电网中绝缘薄弱的地方放电击穿,并会发展为相间短路进而造成设备损坏和停电事故。

2 电网谐振过电压形成原因概述

电网中谐振过电压主要有三种形式:线性谐振、铁磁谐振和参数谐振。第一,造成线性谐振过电压的原因:谐振回路由系统中的电容原因和不含铁芯的电感元件相互作用产生;第二,造成铁策谐振过电压的原因:谐振回路是由系统中的电容元件和含铁芯的电感关键构成,由于铁芯电感元件饱和现象的存在,从而使得回路中电感参数具有非线性,当回路中的电感元件含有这种这种非线性时,在一定的谐振条件之下,就会形成铁磁谐振过电压;第三,造成参数谐振过电压的原因:由参数呈周期性改变的电感元件同系统中的电容元件一同构成电网回路,当配合参数一定时,通过电感参数呈现出的周期性变化,向谐振系统不断进行能量的输送,进而形成参数谐振过电压。

3 电网谐振过电压的限制措施分析

3.1 使用自动调谐的接地补偿装置

当前,自动调谐的接地补偿装置主要由电动消弧线圈、接地变压器、阻尼电阻部分、微机控制部分、非阻尼电阻和中性点互感器六部分组成。自动调谐接地补偿装置在正常的运行过程当中,即使地对电压进行调节,并通过使用计算机来实现自动的跟踪与调谐。通过对中性点电流同电流的相位测量,实现了准确的计算和判断,并采用指令的形式进行自身调整,从而现实相关的参数。此外,自动调谐接地补偿装置还极有报警、追忆、发送信号的作用,更好地限制谐振过电压的发生。

3.2 消弧圈的回路中串联电阻

在消弧圈的回路中进行电阻的串联,能够起到保证阻尼率的作用,从而实现对中性点位移电压的控制。在低压电网中,往往由于不对称的中性点而导致电压很小,为提升测量的精度,应采用专门的中性点互感器。采用非线性的电阻对欠补偿下的谐振过电压有明显的抑制作用。此外,应配有远程的有载开关,在预调的方式下运行,从而使得正常的调谐工作是在不接地的状况下进行的,安全可靠。

3.3 手动或自动对消弧线圈的分接头进行调整

手动或自动地对消弧线圈的分接头进行调整,使得消弧线圈的调谐运行处于最佳的工作状态,从而保证了从残留能向可靠熄弧降低的程度。此外,通过远程遥控、遥测、遥信及遥调,来适应实时限制谐振过电压的需要。接地的过程应选用零序阻抗低的接线方式,从而实现对电网中不对称电压的调节,值得注意的是,户外的设备应同柜内设备的备用电缆相连接。

3.4 将消弧线圈接入中性点

有时,即使安装了消谐器,谐振过电压依然发生,这是由于铁磁谐振过电压本身具有非线性量,这种非线性量是有消弧线圈引起的。但是如果不安装消弧线圈,当发生间歇性电弧时,就会造成熔丝熔断等后果。这就出现了矛盾点,是否安装消弧线圈将消弧线圈接入到中性点就很好地解决了问题,这对于由于电压互感器铁芯饱和所引起的谐振过电压能够起到很好的抑制作用。

4 结语

电网谐振过电压在电力供电电网中虽然十分的普遍,具有作用时间长、危害性较大的特点,但是只要采取积极科学的限制措施,就能够起到弱化谐振过电压的作用。随着科学技术的不断发展,谐振过电压的限制措施必将越来越完善,从而确保电网行业的长足发展。

参考文献

[1]张平.电网谐振过电压的限制方法[J].山西焦煤科技,2009(3).

[2]买亮.浅析电网谐振过电压及其抑制[J].使用科技,2007(5).

小电流接地系统铁磁谐振的防范措施 第6篇

关键词：小电流接地系统,铁磁谐振,暂态励磁,金属性接地

引言

运行经验证明, 在中性点不接地系统曾多次发生过由于电磁式电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振过电压。例如:2003年6月, 化北站投运10KV母线时, 产生谐振过电压;2005年4月, 化北站在恢复35KV北皇线送电时造成北35kv母线谐振, 虽然值班员判断准确, 及时消除了谐振现象, 但也造成氯碱厂电压互感器保险烧坏。

当发生铁磁谐振过电压时, 由于互感器的铁心饱和, 导致其绕组的励磁电流大大增加, 严重时可达其额定励磁电流的几十倍甚至上百倍, 从而引起互感器的熔断器熔断、喷油、绕组烧毁甚至爆炸;在有些情况下, 这种过电压可能很高 (最大为相电压的3.5倍左右) , 引起绝缘闪络或避雷器爆炸。另外, 当这种过电压发生时, 还会出现虚幻接地现象, 这给我们运行值班人员造成错觉。总之, 当发生这种过电压时, 将会给电网的安全运行带来很大的威胁, 因此有必要引起我们的重视。

1 铁磁谐振的产生

电磁式电压互感器是一种铁磁元件, 它在正常情况下不饱和, 其电感很大, 中性点位移电压很小。当出现激发条件时, 如 (1) 对带有电压互感器的空母线或空载线路突然合闸充电。在这种情况下, 三相不可能同时在同样的条件下合闸, 这样会在电压互感器的绕组中流过很大的不平衡电流, 导致铁芯饱和。 (2) 由于雷击或其它原因, 使线路发生瞬间单相弧光接地, 健全相电压突然升至线电压, 这时都会在电压互感器绕组内出现很大的励磁涌流, 导致铁芯严重饱和。其电感急剧减小, 当感抗和容抗相等时, 满足谐振条件, 电压互感器中暂态励磁电流急剧增大, 三相电压互感器中产生零序电流, 经电源形成回路, 得以流通, 从而在3 C0上建立与各相电源电压叠加, 从而形成持续一段时间的铁磁谐振。

2 铁磁谐振的防范措施

电力系统中的铁磁谐振现象, 发生频率高, 危害大, 在电网优质供电的今天, 更应该引起我们的重视, 调度员和运行人员采取适当的措施, 就可以限制和消除谐振现象。当前, 通常采取以下措施:

2.1 调整系统参数躲开谐振区

电压互感器引起铁磁谐振的区域是阻抗比XC0/XL的函数, 为了躲开谐振区域, 可以改变XC0或XL, 通常从以下几个方面入手。

2.1.1 改变XC0, 当XL不变时, 减少或增大XC0都可以达到改变XC0/XL。

如在变电站的母线上增加出线数, 或在母线上加装集中电容器等。

2.1.2 改变XL, 当XC0不变时, 增大XL, 使XC0/XL<0.

01, 同样可以避免谐振的发生。选用伏安特性好的电压互感器使其工作在伏安特性的线性部分, 当有激发因素时, 铁心不宜饱和, 也就难于激发谐振。

2.1.3 合理安排操作方式。

对于空母线合闸充电易产生基波谐振的变电站, 在合闸前, 可先投入母线上的一条空载出线, 然后再向母线充电, 以达到改变系统参数、躲开谐振区域的目的;也可以送电时, 采用先投高压母线, 后投入PT;停电时, 先停PT, 后停母线的操作顺序。

2.1.4 装设消弧线圈。

在系统的中性点上接入消弧线圈破坏它的谐振条件。电压互感器的励磁感抗比较大 (千欧至兆欧级) , 而消弧线圈的感抗 (百欧级) 比较小, 这样谐振条件ωL=1/ωC很难满足, 谐振就不会发生。该方法虽然投资大, 但可消除一切铁磁谐振, 有明显优点。

2.2 增大回路的阻尼效应:

2.2.1 电压互感器开口三角两端接入阻尼电阻或短接:

谐振时, 互感器高压绕组中将流过零序电流I01, 在开口三角绕组两端要感应出零序电压。当接入R时, 其中必将流过零序电流I02, 它对高压绕组产生去磁作用, 从而仰制了谐振。R越小, I02越大, 去磁作用越显著。若将开口三角绕组两端短接, 即R=0, 谐振就不会发生。

我局目前10KV、35KV电压互感器开口三角均接有各种消谐器。二次侧消谐装置实质是对在开口三角两端接入电阻器的改进, 其原理多是首先鉴别高频、基频、分频谐振, 然后用电子电路实现不同的消谐措施以达到消谐目的。然而, 在实际应用中, 由于原理及装置的可靠性欠佳, 这些装置的运行情况并不理想。

2.2.2 电压互感器一次侧中性点经电阻器R0接地。

在电压互感器一次侧中性点接入一个足够大的电阻器R0, 在单相接地故障消失时, 就可以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, 防止铁磁谐振的发生。另外接入R0对消除因三相参数不对称, 如一相导线部分或完全断线, 电压互感器一相或两相熔丝熔断激发引起的铁磁谐振过电压以及仰制非谐振引起的电压互感器熔丝熔断都有良好的效果。目前我局南楼站、尧舜站、田园站、韩村站等10KV电压互感器均采用此方法, 运行效果良好。

2.3 电压互感器一次侧中性点经零序电压互感器接地

这种措施在部分地区有成功经验, 其原理是提高PT的零序励磁特性, 从而提高PT的抗烧毁能力, 已有厂家按此原理制造抗谐振PT。但是应注意到, PT中性点仍承受较高电压, 且PT在谐振时虽可能不损坏, 但谐振依然存在。

3 结束语:

谐振是一种稳态现象, 因此谐振过电压不仅会在操作或故障时的过渡过程中产生, 而且还可能在过渡过程结束以后, 较长时间内稳定存在, 直到发生新的操作或故障, 谐振条件受到破坏为止。所以一旦出现这种不仅幅值较高而且持续时间又较长的谐振过电压, 往往会造成严重结果。因此必须在设计和操作时事先进行必要的计算和安排, 避免形成不利的谐振回路, 或者采取一定的附加措施, 以防止谐振的产生或降低谐振过电压的幅值及缩短其持续时间

参考文献

[1]DL/T620-1997, 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合及其条文说明.中国水利电力出版社22-31.

[2]刘继.电气装置的过电压保护[M].北京:水利电力出版社, 1986, 30-37.

防谐振措施 第7篇

近年来随着中压配电系统的快速发展,我国6～35kV中压配电网(中性点不接地或经消弧线圈接地小电流接地系统)规模不断扩大,网络结构越来越复杂,电网谐振事故逐年增多。小电流接地系统发生铁磁谐振过电压时,将产生超出额定电压几十倍的过电压和过电流,引起瓷绝缘放电,绝缘子、套管等的铁件出现电晕,电压互感器一次熔断器熔断,严重时将损坏设备。谐振会造成继电保护和自动装置误动作,由谐振造成的过电压对电力系统设备及相关用户生产、生活造成了较大影响[1]。

1 谐振产生的原理

小电流接地系统产生谐振的原因很多,但是基本原理都是系统电容与电感参数匹配至谐振条件时产生谐振。电网谐振等效电路图如图1所示。铁磁谐振过电压的谐振回路是由带铁心的电感元件(如空载变压器、电压互感器)和电网中电容元件组成,铁心电感元件的饱和现象,使回路的电感参数成为非线性,在满足谐振条件时,产生铁磁谐振。高压母线在恢复备用或停电的过程中,开关的断口电容与电磁式电压互感器在某种情况下满足WL=1/WC状态时,也会发生谐振,使备用母线电压升高,甚至烧坏电压互感器。

2 电网谐振现象

当小电流接地系统谐振发生时,因环境条件不同,谐振时异常象征也不完全相同,需要根据电网运行情况灵活判断。相关值班人员在现场及变电站仿真培训中,关于谐振现象的事故预演较少,判断辨识谐振有一定困难,易延误故障处理时间。电网中产生谐振的事件很多,原因也各不相同。某工厂有2台SF-PS8-50000/110型三卷变压器,低压侧装设JQZJ-10电压互感器,在变压器送电操作、合上变压器高压侧开关的瞬间,达到谐振条件,发生电压回路断线、主变低压侧接地、表计不正常摆动、指示失准、电压互感器高压保险熔断、二次保险被击穿等现象。事故后,经技术人员分析,为了杜绝这类谐振发生,调整操作步骤:在主变送电操作时,投入低压侧避雷器,将低压侧电压互感器退出后,对高压侧变压器合闸送电,正常后投入低压侧互感器。当主变送电操作时,低压侧带部分负荷合闸冲击(该厂带8MVA变压器),同样可以避免变压器带低压侧电压互感器时发生铁磁谐振。

河南某电厂125MW机组冷态启动时,6kV厂用电母线无负荷,启动1台500kW/6kV的高压电动机,启动瞬间即跳闸,并发出“6kV电压回路接地”信号,切换三相电压、线电压基本对称,相电压升高接近线电压,测量电压互感器开口三角电压接近100V,电压表低频摆动。根据这些象征,现场判断为分频谐振,因分频谐振带有零序性质,投入单相负荷可消除谐振。值班员立即倒换厂用电,电压互感器退出后,重新投运后谐振消失。

某地方电网110kV变电站35kV系统多次发生谐振事故。某日阴雨天气,变电站正常方式运行,两回去电厂35kV线路并列运行,电厂侧母联开关断开。谐振发生时站内报“台35kV南、北母接地”信号,35kV南、北母线三相电压发生不均匀升高现象。运行人员判断后进行母线分段选择,断开母联开关后,接地信号消失,母线电压恢复正常,几分钟后35kV系统再次发生谐振,35kV系统电压轮流升高。随后值班员将35kV南、北母分别停运,检查发现35kV部分设备已损坏。经过分析,电厂联网发电机是该区域35kV电网谐振源,该区域35kV电压互感器一次绕组中性点接地点较多,电网抗谐振过电压能力薄弱且无任何防治措施,致使电网具备了发生谐振过电压的条件。另外阴雨天气影响电网系统运行参数,电感和电容的变化会造成系统参数发生变化,感抗和容抗达到谐振平衡点后造成谐振。

通常铁磁谐振可以是基波谐振、高次谐波谐振、分次谐波谐振。一般发生基波谐振(即工频谐振)的现象有:两相对地电压升高,一相降低;或者两相对地电压降低,一相升高。发生分频谐振时产生的过电压,频率往往远低于额定频率,铁心处于高度饱和状态,其表现形式:相对地电压升高、三相电压同时或依次轮流升高,电压表指针在相同范围内低频摆动。励磁电流过大或低频摆动会引起绝缘闪络、避雷器炸裂、高值零序电压分量产生、虚幻接地现象出现和不正确的接地指示,严重时可能引发保护误动作或在电压互感器中出现过电流引起电压互感器烧坏[2]。发生高频谐振的现象虽然极少,但危害却特别大,高频谐振时,三相电压同时升高,远超过线电压。

3 产生谐振的原因

(1)感抗变化造成谐振:电网运行方式变化造成线路感抗发生改变;连接于系统的发电厂电感周期性变化、消弧线圈选型不当,或补偿档位选择不合适;电磁式电压互感器选型不当,产品励磁特性不好,容易产生过激磁,产生铁磁谐振过电压。

(2)容抗变化造成谐振:电网线路电缆改造、天气原因引起的线路对地电容发生变化、电网运行方式调整、线路充电方式发生变化、接入系统的电容器投入或退出等会引起系统容抗发生变化。

(3)外界激发造成谐振:在6～35kV中性点不直接接地的系统中,具备一定的激发条件时(如系统发生单相接地、单相断线、三相负荷严重不对称、断路器合闸三相不同期、单相接地突然消失、外界对系统的干扰或系统操作产生的过电压等),由于变压器、电压互感器、消弧线圈等设备铁心电感的磁饱和作用,容易激发产生持续的铁磁谐振。

4 谐振过电压预防措施

(1)设备科学选型。

对于6～35kV中性点不接地电网中的电磁式电压互感器,当母线空载或较少负荷时,因合闸充电或在运行时接地故障消除等原因的激发,会使电压互感器过早饱和、伏安特性变坏,所以应选用励磁性能好、不易饱和的电压互感器,优先选用铁磁特性饱和点较高的抗谐振型电压互感器。变电站设备设计时,在中性点不接地系统不考虑选用中性点接地电压互感器,可有效防范小电流接地系统谐振发生。

(2)消弧线圈调整。

近年来中压配电网结构及所带负荷越来越复杂,对于不对称度大的配电网,应设计安装能够实现自动投切的可调消弧线圈,依据对配电网电容电流的精确测量,跟踪运行方式的变化及系统电容电流的变化,实时补偿小电流接地系统电容电流,并自动调整消弧线圈电感值,使消弧线圈始终补偿在既能熄灭电弧又不产生谐振过电压的最佳状态[3]。对于不能实现自动调整功能的消弧线圈,适当选择消弧线圈的脱谐度,避开电网谐振点。

(3)安装消谐装置。

在小电流接地系统三相电压互感器开口三角绕组上并一只200～500W电阻,阻尼电阻的大小应经实测获得;在电压互感器高压侧中性点串联电阻消谐,消谐器起阻尼与限流的作用;在电压互感器上附加绕组接线的方式,抑制消谐;系统中性点经消弧线圈接地,抑制消谐。

(4)励磁电压控制。

尽量避免发电机直接空充线路,无法避免时应确保发电机容量大于并网空载线路的充电功率,避免发电机带空载线路启动,或避免以全电压向空载线路合闸。并网至35kV母线上的星形接线电压互感器发电机应采用快速励磁自动调节器,限制发电机同步励磁过电压。

(5)合理设置电压互感器中性点。

尽量减少同一系统中电压互感器高压侧中性点接地数量,除电源侧电压互感器高压侧中性点接地外,其它电压互感器中性点尽可能不接地。

(6)合理配置电容参数。

使用电容式互感器,或在母线上接入一定大小的电容器,使XC/XL<0.01,就可以避免谐振。

(7)优化操作流程。

改变操作次序,如为避免变压器中性点过电压,向母线充电前,先合上变压器中性点的接地开关,送电后再拉开,或先合线路断路器再向母线充电。

5 谐振发生时的处理

谐振发生时的处理措施:合上不带线路的线路开关或旁母开关;合上不带负荷的变压器开关;条件允许时断开母联分段开关或停运部分线路和一段母线;拉开所有备用开关的一侧刀闸或拉开备用母线TV刀闸;用母联开关向空载母线充电后,发生谐振应立即拉开母联开关使母线停电,以消除谐振;送电时可采用线路及母线一起充电的方式或者对母线充电前退出TV,充电正常后再投入TV,以避免发生谐振。

运行操作中应特别注意:谐振处理过程应采取“保人身、保设备”的原则,严格按照相关规程规定的要求处理事故,防止在处理事故过程中造成人员的伤害和对设备的再次冲击。

参考文献

[1]李火元,彭晓洁.电力系统继电保护及自动装置[M].北京:中国电力出版社,2001

[2]杨绮雯.配电网谐振状态与单相接地状态的辨识[M].北京:中国电力出版社,2004