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电网谐振过电压浅析

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2012/6/26 11:17:22   

电力系统中,过电压现象十分普遍。如果没有防范措施,随时都可能发生,也随时都可以发现。引起电网过电压的原因很多。主要可分为谐振过电压、操作过电压和雷电过电压;其中谐振过电压在正常运行操作 中出现频繁,其危害性较大;过电压一旦发生,往往造成电气设备的损坏和大面积的停电事故。多年电力生产运行的记载和事故分析表明,中低压电网中过电压事故大多数都是由谐振现象所引起的。由于谐振过 电压作用时间较长,所引起谐振现象的原因又很多,因此在选择保护措施方面造成很大的困难。为了尽可能地防止谐振过电压的发生,在设计和操作电网设备时,应进行必要的估算和安排,以避免达到谐振条件; 或采取适当的防止谐振的措施。

在中低压电网中,故障的形式和操作方式是多种多样的,谐振性质也各不相同。因此,应该了解各种不同类型谐振的性质与特点,掌握其振荡的性质和特点,制订防谐和消谐的对策与措施。

目前,我国 66kV 及以下配电网,仍大部分采用中性点不接地方式运行,一部分采用老式的消弧线圈接地。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、PT 高压中性点增设电阻或单只 PT 等,但始终没有从根本上得到解决,PT 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,但随着中低压电网的扩大,出线回路数增多、线路增长,中低压电网对地电容电流亦大幅度增加,单相接地时接地电弧不能自 动熄灭必然产生电弧过电压,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造成设备损坏和停电事故。而采用老式消弧线圈接地方式的系统由于结构的限制,只能运 行在过补偿状态,不能处在全补偿状态,所以脱谐度整定的比较大,约在 20%~30%,对弧光过电压无抑制效果。并需要手动调节分接头,然而此时却不能随电网对地电容电流的变化及时将电压调整到最佳的工 作位置,影响功能发挥,也不适应电网无人值班变电所的需要。|

因此,我们可以采用自动调谐原理的接地补偿装置,通过过补、全补和欠补的运行方式,来较好地解决此类问题。目前自动调谐接地补偿装置主要是由五大部分组成: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。接地变压器是作为人工中性点接入消弧线圈。消弧线圈电流通过有载开关调节并实现远方自动控制,采用予调节方式,即在正常运行方式情况下,根据 电网参数的变化而随时调节消弧线圈的分接头到最佳位置。自动跟踪和自动调谐利用微机控制器实现。通过测量位移电压为主和中性点电流与电压之间的相位,能够准确的计算、判断、发出指令自动进行调整, 显示有关参数:电容电流、电感电流、残流和位移电压等。还能追忆、报警、自动打印和信号远送,满足无人值班变电所的需要。

自动调谐接地补偿装置能够实现全补偿运行或很小的脱谐度,主要是由于在消弧线圈的一次回路中串入了大功率的阻尼电阻,降低中性点谐振过电压的幅值使之达到相电压的 5%~10%。因为如果当系统的电 容电流与消弧线圈工作电流相等时,即在谐振时中性点电压限制在允许值以下,这样就可实现全补偿方式,这是残流为最小的最佳工作方式。接地时残流很小,不会引起弧光过电压。所以,可在消弧线圈的一次 回路中串入大功率的阻尼电阻,增大阻尼率的措施来达到。消弧线圈的脱谐率与电压及电网的阻尼率有关,当电网形成后其不对称电压基本是个固定值,消弧线圈为保证在单相接地时有效地抑制弧光过电压的产 生,要求脱谐率达到± 5%以内,那么只有改变阻尼率,才能改变位移电压,因此应当在消弧线圈回路串入电阻,保证阻尼率,控制中性点位移电压。在低压电网中由于中性点不对称电压很小,为提高测量精度采 用特制的中性点专用互感器,提高检测灵敏度;非线性电阻的采用对欠补偿下的断线过电压和传递过电压都有明显的抑制作用。

消弧线圈接入系统必须要有电源中性点,在其中性点上接入消弧线圈,当发生单相接地时,流过变压器的三相同方向的零序磁通,经过油箱壁绝缘油及空气等介质形成闭合的回路,在油箱铁心等处产生附加 的损耗,这种损耗是不均匀的,必然要形成局部过热,影响变压器的正常运行和使用寿命。所以接入此类接地变压器的消弧线圈的容量不应超过变压器容量的 20%;为满足消弧线圈接地补偿的需要,同时也满足 动力与照明混合负载的需要,可采用 Z 型接线的变压器即 ZN,yn11 连接的变压器。由于变压器高压侧采用 Z 型接线,每相绕组由两段组成,并分别位于不同相的铁心柱上,两段线圈反极性相连,零序阻抗非常 小。空载损耗低;变压器容量可以 100%被利用;并能够调节电网的不对称电压。由此可见,Z 型接线的变压器作为接地变压器是一种比较好的选择。

目前消弧线圈大部分采用有载调匝式调节方式(也有调容式) ,调节分接头数一般均大于 9,加宽了调流范围,以便能够达到最小的脱谐度;配有有载开关并可以远方电动或自动操作;有载开关在预调方式下 工作,即正常调谐是在系统不接地状态下切换,安全可靠。消弧线圈调谐是由微机控制器自动控制的,调谐时消弧线圈不须退出运行,克服了老式线圈的一些缺点。

自动调谐接地补偿装置, 是将所变柜改造为所变兼接地变柜,加装开关二组、电流互感器二组及相应二次保护;接地变、消弧线圈为户外布置(也可采用干式户内布置) 。消弧线圈选用有载调匝式调节方式, 调节档位应大于 9 个以上,以便能够达到最小的脱谐度;正常运行采用过补偿方式,消弧线圈接地回路串接阻尼电阻,以限制中性点电压;保证脱谐度及中性点的位移电压在限制范围内(脱谐度控制在 5%,消弧 线圈的位移电压不大于相电压的 15%,故障点残流不大于 5A 为宜);控制部分采用微机控制自动消谐装置进行自动补偿;能自动检测电网对地电容参数的变化,自动和手动调整消弧线圈的分接头,使其运行在最 佳的工作点,保证残流能降低到可靠熄弧的程度;并能远方遥控、遥信、遥测和遥调;接地变选用零序阻抗低的 ZN/YN 接线方式;并能够调节电网的不对称电压。

对由电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振过电压的限制,铁磁谐振过电压的限制目前虽然采取多种形式,取得了一些效果,但都不够理想。有的装了消谐器还是产生了谐振过电压,这是由于铁磁谐振过电压 本身是一个非线性过程,现象比较复杂。我们知道分频谐振有 1/2、1/3、1/6 及 1/8 等,高频谐振有 2、3 次,还有工频谐振,有时几种谐振同时发生,消谐器不能有效的限制。而且在系统上有多台 PT 时,只在某 一台 PT 的开口三角上装消谐器是很难奏效的,必须要使系统参数发生较大的变化才能将谐振过电压抑制住。

如果在系统的中性点上接入消弧线圈破坏它的谐振条件,就能够比较有效地抑制谐振过电压的发生。其原理也很简单,PT 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。另一方面无消弧线圈时单相接地发生间歇性电弧时电容上多次充放电造成 PT 烧毁、熔丝熔断;有了消弧线圈后,电容对小感抗放电,PT 中电流就很小,不会烧毁了。所以 在中性点接入消弧线圈,对于由电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振过电压具有一定的限制作用。

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