10KV电压互感器应重视的几个问题及分析

2023-01-30

在电力系统中, 电压互感器 (PT) 是一、二次系统的联络元件, 它能正确地反映电气设备的正常运行和故障情况。我国10~35k V电网的绝缘系统均为中性点绝缘系统。为对系统进行绝缘接地监视, 系统中普遍使用接地电压互感器, 现在绝大多数都是采用三台单相电压互感器接成三相组方式。这些电压互感器都是电磁式的, 是非线性电感元件, 跟电网导线对地电容并联形成铁磁谐振回路, 在一定的激发条件下产生谐振, 并产生过电压和过电流。实践证明, 这种铁磁谐振引发的电压互感器烧坏和电网停电事故是经常遇见的。铁磁谐振的主要特点有: (1) 谐振回路中铁心电感为非线性的, 电感量随电流增大、铁心饱和而趋于平稳; (2) 铁磁谐振需要一定的激发条件, 使电压、电流幅值从正常工作状态转移到谐振状态。如电源电压暂时升高、系统受到较强烈的电流冲击等; (3) 铁磁谐振存在自保持现象。激发因素消失后, 铁磁谐振过电压仍然可以继续长期存在; (4) 铁磁谐振过电压一般不会非常高, 过电压幅值主要取决于铁心电感的饱和程度。

电力系统对此进行了很多的试验研究中, 采取了一系列的消谐措施。实践表明, 在10k V及以下电网, 改变互感器接线方式, 使互感器的电感在激发条件下不改变, 不具备谐振发生条件。因此本文仅就这种方式进行了详细的论述。

1 铁磁谐振过电压产生的机理

正常情况下, 电压互感器铁芯不会饱和, 线圈感抗大于线路容抗, 即XL>XC。遇故障消失或合空载母线、雷击、接地时导线对地电位突然发生变化, 三相电位有升有降, 电容的涌流流经电压互感器线圈, 电流大增。电压互感器线圈由不饱和变成饱和。当涌流增大到一定数值后, 即XL≤XC就构成谐振的条件, 产生了谐振。

一旦接地故障点消除, 非接地相在故障期间已充的电荷只能通过电压互感器高压线圈经其自身的接地点接入大地。在这一瞬间电压突变过程中, 电压互感器高压线圈的非接地两相的励磁电流就要突然增大, 甚至饱和, 由此构成相间串联谐振。在中性点不接地的10k V配电系统中, 产生铁磁谐振的必要条件是配电系统产生电磁振荡;电压互感器在电磁振荡的激励下, 产生磁饱和。

2 电压互感器易烧毁及保险易熔断的影响因素及原因分析

电压互感器低压侧发生短路, 当低压保险没有熔断时, 由于激磁电流增大, 使高压保险熔断。在10KV不接地系统中, 当系统发生间歇性弧光接地时, 系统就会出现弧光接地过电压, 在弧光接地消失后, 系统又很容易激发铁磁谐振过电压, 在这个高电压的作用下, 电压互感器的铁心很快饱和, 电流急剧增加, 导致保险熔断。当电压互感器高低压侧发生单相接地或相间短路时, 也会导致高压保险熔断。当电路中的电流和电压发生突变, 这时所引起的铁磁谐振将使电压互感器激磁电流增大几十倍, 从而导致高压保险迅速熔断。

随着10k V配电网络的不断发展, 使得其线路参数也发生了变化, 由于10k V线路对地存在分布电容, 当电压互感器的励磁电感和配电网对地分布电容形成匹配时, 当线路接地或操作时, 易于发生铁磁谐振, 在系统中产生高电压、大电流, 轻者造成电压互感器熔丝熔断, 重者烧毁电压互感器, 并威胁其他电气设备的安全。而且在变电站实行无人值班后, 当电压互感器熔丝熔断很难及时更换, 也给电能计量带来很大误差。因此, 防止铁磁谐振是减少电压互感器高压侧保险熔断的有效办法。

3 系统中产生铁磁谐振的环境

(1) 接线方式的影响

电源中性点不接地而电压互感器中性点接地, 系统中的某些设备有相当的对地电容等均易形成谐振条件。

(2) 电路参数的情况

线路电感与电容产生的自振频率小于并接近共振频率, 当电感因为磁路饱和而减小的时候, 回路自振的频率才能增加达到共振频率。另外, 电路中的电阻值应该小于临界值, 并且电感的非线性变化范围比较大也是产生谐振的条件之一。

(3) 设备特点

假如电压互感器的伏安特性不好、易饱和, 母线上有对地电容较大的架空线或电缆线路, 开关的合闸同期性不好均易导致电压互感器谐振。

(4) 运行人员导闸操作、系统故障引起不对称等外界因素的激发也是常见的原因。

4 电压互感器防谐振措施

在10k V电网中, 消除铁磁谐振的措施主要有以下几种方法: (1) 选用励磁特性较好的电压互感器或电容式电压互感器; (2) 在10k V及以下的母线上加装一组对地电容器也可避免谐振; (3) 在三相电压互感器一次侧中性点串接单相电压互感器或在电压互感器二次开口三角处接入阻尼电阻R, 可消除各种谐波的谐振现象。35k V及以下系统中R值一般在10~100Ω范围内; (4) 采用临时倒闸的措施, 比如投入消弧线圈, 变压器中性点的临时接地, 或者投入事先规定的某些线路和设备; (5) 在电压互感器的开口三角形绕组开口端加装上线性小阻尼电阻; (6) 在电压互感器的开口三角形绕组并联上多功能微机消谐器, 这种消谐装置是由微电脑控制, 当电压互感器发生谐振时, 它能瞬时多次短接电压互感器开口三角形绕组进行消谐, 具有很好的消谐效果。并且能记录系统中发生铁磁谐振过电压的全过程。但是它有两个缺点:如果遇到由于线路断线等原因而产生的谐振, 就很容易造成误判为电压互感器饱和引起的谐振, 可控硅导通后谐振无法消除, 如果不及时退出消谐则会烧毁电压互感器, 不能限制电压互感器一次涌流, 电压互感器高压熔断器熔断不能得到有效的控制。 (7) 在电压互感器一次侧的中性点与地之间串接L型消谐器。LXQ型消谐器最大的特点是能有效限制电压互感器的一次涌流, 防止电压互感器高压熔断器熔断, 消除各种谐波的谐振现象。对非金属性接地所激发的谐振过电压也能起到抑制作用。LXQ型消谐器是由SIC非线性电阻片与线性电阻串联后组成, 其工作原理是在谐振刚开始时, 加在消谐器上的电压较低时呈高电阻值, 使谐振在初始阶段不易发展起来。如系统发生单相接地故障时, 则消谐器呈低阻性, 使接地保护不受影响。

5 结语

铁磁元件的非线性是产生铁磁谐振的根本原因, 但其饱和特性本身又限制了过电压的幅值, 此外, 回路中的损耗, 会使过电压降低, 当回路电阻值大到一定数值时, 就不会出现强烈的谐振现象。因此, 通过采取提出的八条措施就可以有效地避免铁磁谐振的产生, 而一旦消除了铁磁谐振谐振, 电气设备运行将更加稳定, 发供电质量得到进一步提高, 供电更加可靠性, 经济效益十分显著, 对电力系统安全运行意义重大。

摘要：一台10KV电压互感器, 在实际使用中频繁出现爆裂损坏现象。本文针对10KV电压互感器经常发生的烧损现象进行了详细的探究, 找出了事故原因, 并且给出了解决措施。

关键词：电压互感器,变电站,消谐器