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電壓互感器鐵芯飽和諧振過電壓的分析
作者:威博特鐵芯 發(fā)布時(shí)間:2019-03-30 15:01:38 瀏覽次數(shù): 對(duì)于內(nèi)部電壓互感器鐵芯飽和諧振過電壓現(xiàn)象,許多變電工作人員缺乏理性認(rèn)識(shí),由于飽和諧振過電壓嘗嘗發(fā)生在外部條件的激發(fā)下,因此高壓熔斷器熔斷、互感器噴油冒煙、油開關(guān)壁管閃絡(luò)等事故,都認(rèn)為是外部原因造成的,從而把內(nèi)部過電壓造成的事故誤判為外部過電壓事故。猶豫判斷失誤,也就不可能找到正確的預(yù)防措施。
1、鐵芯飽和諧振過電壓產(chǎn)生的原因
鐵芯飽和諧振事故實(shí)例:
某變電所接線圖如圖1所示。正常運(yùn)行時(shí),1#變帶10kV I段母線,2#變帶II段母線,10kV母聯(lián)開關(guān)12斷開;1#變停運(yùn)時(shí),合12開關(guān),由2#變向10kV I、II母線供電,約半小時(shí)后,10kV系統(tǒng)A相接地,現(xiàn)地的電壓表選測(cè)指示:Ua=0,Ub和Uc均指示11kV。PT柜上有接地信號(hào)繼電器動(dòng)作、接地白燈亮。按照運(yùn)行規(guī)程,運(yùn)行帶接地故障運(yùn)行2h,運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)母線電壓互感器噴油冒煙,經(jīng)判斷后,拉出PT柜,在操作時(shí),電弧造成母線相間短路,2#變斷路器跳閘,燒毀電壓互感器13臺(tái)。
2、事故原因分析
網(wǎng)絡(luò)接線圖和等值圖如圖2所示,Ea、Eb、Ec為三相對(duì)稱電源電勢(shì),L1、L2、L3為電壓互感器激磁電感。C0為相導(dǎo)線和母線的對(duì)地電容,Z1為負(fù)載阻抗。在正常情況下,對(duì)于6kV~35kV系統(tǒng)來說,其負(fù)荷均為三相負(fù)荷,不存在相負(fù)荷的問題,故三相負(fù)載是相同的,各相對(duì)地的電容是相等的,各項(xiàng)的電壓是對(duì)稱的。
在不接地系統(tǒng),當(dāng)發(fā)生單相接地,電壓的大小和相位維持不變,所以對(duì)負(fù)載沒有任何影響,等值圖簡化見圖3。
電壓互感器激磁電感為L1=L2=L3,C0與L并聯(lián)后的導(dǎo)納分別為Y1、Y2、Y3,故Y1=Y2=Y3,電網(wǎng)中性點(diǎn)的電位為零,此時(shí)鐵芯不飽和,ωL>1/ωC0,即電容電流大于電感電流,相當(dāng)于一個(gè)等值電容C'0,三相均一樣。
由于鐵芯電感線圈是一個(gè)非線性電感元件,當(dāng)加在線圈上的電壓增加,使通過線圈的電流增大時(shí),激磁電感值由于鐵芯飽和而不斷下降,所以某種原因線路中A相發(fā)生間歇性單相弧光接地,使得相B和相C電壓升到線電壓,致使互感器中兩相的激磁電流幾句增大而發(fā)生飽和,磁電感相應(yīng)減少,這時(shí),B相和C相的ωL<1/ωC0,電感電流大于電容電流,L與C0并聯(lián)后相當(dāng)于一個(gè)等值電感L,而A相仍保持一個(gè)等值C0。如圖4所示,于是三相導(dǎo)納就不對(duì)稱了,三相對(duì)地負(fù)荷變的不平衡,電網(wǎng)的中性點(diǎn)不再是地電位,而產(chǎn)生了位移電壓U0。
即:Uo=一(EaYa^+EbYb+EcYc)/(Ya+Yb+Yc)
這時(shí)B、C相位電感性導(dǎo)納:Yb=Yc=-1/jωL',結(jié)果感性導(dǎo)納與容性導(dǎo)納互相抵消,使總導(dǎo)納Ya+Yb+Yc顯著減少,位移電壓U0大大增加,如果參數(shù)配合不當(dāng),恰好使總導(dǎo)納接近于零,就產(chǎn)生了串聯(lián)諧振現(xiàn)象。產(chǎn)生過電壓和過電流。前述母電壓互感器噴油冒煙,互感器燒損,就是過電流所致,如果在此時(shí),電壓互感器在斷口處產(chǎn)生弧光,造成母線相間短路,就會(huì)造成全場(chǎng)失電事故發(fā)生。
飽和諧振可以有幾種激發(fā)條件造成。雷雨期間,因雷擊或風(fēng)雨造成線路發(fā)生弧光,接地是遇到的激發(fā)因素。此外,有時(shí)在電源對(duì)只帶電壓互感器的空母線突然閉合閘,系統(tǒng)運(yùn)行方式的突變,負(fù)荷發(fā)生較大的波動(dòng)等情況時(shí)也會(huì)激發(fā)起諧振。所有的外界因素干擾致使電壓互感器鐵芯飽和,導(dǎo)致鐵芯內(nèi)部諧振過電壓。
串聯(lián)諧振過電壓會(huì)產(chǎn)生很高的過電壓和過電流,實(shí)驗(yàn)測(cè)量證明, 電壓互感器飽和過電壓可高達(dá)3.5倍相電壓,過電流值可高達(dá)100%額定電流值。
造成電壓互感器飽和諧振的原因,主要是鐵芯質(zhì)量低,使用低質(zhì)硅鋼片,使鐵芯工作點(diǎn)接近飽和區(qū),裝有激磁特性高飽和的電壓互感器的電網(wǎng)的匹配和諧振電源,表1列出了通過計(jì)算和模擬實(shí)驗(yàn)所得的有關(guān)參數(shù)。10kV架空對(duì)地電容按0.04A/km估計(jì),電纜接地電容電流取1.6A/km,并考慮變電所設(shè)備使得總的對(duì)地電容增值15%,電壓互感器的激磁感抗,可由實(shí)測(cè)伏特曲線求得。
從表1可見,無論10kV I、II段母線單獨(dú)運(yùn)行或并聯(lián)運(yùn)行,Xc/Xm>0.01,均處于諧振范圍內(nèi),只要具備激發(fā)條件,就會(huì)產(chǎn)生鐵芯諧振現(xiàn)象。