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关于电压互感器的铁磁谐振及其消谐措施

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由此可见,1/2分频谐振表现为三相对地电压同时升高,实际上谐振频率与1/2工频略有差别,所以,电压表计以低频来回摆动。

1/2分频谐振过电压不高(不超过2

),这是由于铁

芯深度饱和所致。因为频率减半,互感器铁芯中磁密要比额定时大1倍,使铁芯饱和,励磁感抗急剧下降,因而高压

绕组流过极大的过电流,一般可达几十倍甚至上百倍额定电流,使互感器过热并产生电动力的破坏。

由于是热和电动力的破坏,互感器往往有一发展过程,表现为互感器冒烟、熔丝熔断、油浸互感器喷油等。

如果XC /XL处在两种谐振区的交界处,有可能是发生基波振而后转入分频谐振。

1/2分频谐振的激发条件大都是单相接地故障又突然消除的暂态过程。由于其起振电压较低,在一定电网条件下1/2分频谐振是最容易发生的,而且破坏力很强,也是互感器出现烧坏事故的主要原因。 3、消谐措施

35KV级以下电力网电磁式电压互感器的铁磁谐振现象,曾经引起电力部门的高度重视,消除铁磁谐振的措施有两大类:破坏谐振条件,阻尼谐振。

属于第一类的有:增加网络电容,使

≤0.01,不使用电磁式电压互感器,采用电压互感

器中性点经零序电压互感器接地,(针对接地故障);第二类措施是在二次或在互感器中点对地加电阻。另外,对电压互感器有较好的励磁特性减少谐振的发生,也是有作用的。互感器较好的励磁特性是建立在降低互感器额定磁密上的,但这很有限,因为受互感器容量,准确级及开关柜的尺寸及制造成本的制约,额定磁密不能降到很低的。现代大连第一互感器厂互感器已经作了尽可能的降低。通观国内外情况,及使用常用的优质冷轧钢片(Z11-0.35,Z10-0.35),互感器在额定电压因数电压下,磁密不超过1.6T~1.65T,同时,在生产控制上也严格控制了励磁特性的不一致性的偏差。 3.1阻尼谐振

阻尼谐振措施包括以下两类 a) 二次回路加电阻

在互感器开口角回路加阻尼电阻,有固定电阻和电子型,统称二次消谐,电子型目前普遍采用的微机型消谐器其接线如图5-5,其原理是,电压互感器发生铁磁谐振时,中性点产生位移,使三相电压不对称,互感器饱和,出现零序磁通,高压绕组流过零序电流,在开口角两端,要感应零序电压,接有电阻时,则有零序电流流通。这个电流是对高压绕组中的零序电流所建立的磁通起去磁作用的。二次零序电流越大,去磁效果越大,短接时效果最好,如果长期处于短接状态,则可能不发生谐振。但短接对互感器是不能长期运行的,只允许运行

1s以内。因此利用可控硅,在发生谐振时,由CPU采集数据,超过正常电压值后使可控硅导通,使谐振瞬间消除。谐振消失后,可控硅又恢复阻断状态。

这种消谐器的致命弱点是一旦可控硅阻断失效,即开口三角处于永久性短路,在单相接地或 其他故障使三相电压不平衡时,电压互感器即处于短路运行,会烧坏互感器。这种消谐器失效而造成互感器损坏已经不是“危言耸听”,事 实上已经发现过,“瞬间消谐”的概念也是不确切的。一旦发生,要消除总得有个过程。尤其是由于采集数感器短路运行只允许1s。过去的这类消谐器对可控硅阻断失效没有显示,运行人是不可检查,不会发现,这又是其弱点。 b)互感器高压中点经电阻接地

互感器高压中点经电阻接地,此称一次消谐,接线图如图5-6,电阻可以是线性的,也可以是非线性的,对于非线性电阻,在工作时,可保持中点对地电位不超过互感器N端对地的绝缘水

平。其消谐机理是单相接地消逝时线路在由线电压恢复到相电压的过渡过程中,电容放电电流只能通过电压互感器高压绕组入地,理论分析(计算机仿真)及实测表明,这过电流的频率很低,特别是电容较大的网络中其频率只有几个HZ。我们称此为超低频振荡电流。这个放电电流一般可达到上百倍互感器正常的励磁电流,因而会使互感器饱和,激发谐振也会使高压熔断器熔断,由于放电电流可达到熔断器瞬间熔断的电流,因此,往往深断器熔断,而保护了互感器,但有时这个电流小于熔断器瞬时熔断值,而引发谐振,则烧坏互感器。当在中点经电阻接地后,这个电阻即限制了放电电流,从而防止了熔断器熔断和谐振。单相接地电容放电电流如图5-7。

谐振据的

延时,可能错过阻尼的最佳时间。其“瞬间”如果超过1s,则已不保护互感器的安全了,因为互

电阻的选择,目前是通过试验和计算决定,而西安交通大学用计算法得出,临界电阻为5.6%互感器相电压下的感抗值。

一次消谐器也有一些弱点,即电阻的热容量如果不够的,会引起电阻的损坏,而失去消谐作用,一次消谐电阻如果过大,会产生危及N端对地的耐压水平。一般,互感器N端对地耐压水平为3kV,1min,所以要求消谐

电阻上产生的压降应低于3kV。选用时要注意。另外,该消谐措施带来一个弊病是三次谐波电流在电阻上产生压降,已使开口角回路滤出的三次谐波电压影响正常运行,也造成三相电压不平衡。

3.2破坏谐振条件

互感器高压绕组中点经零序电压互感器接地,即所谓“4VT”接法,属于破坏谐振条件(指单相接地)类消谐措施。

接线路图如图5-8,是由三个单相全绝缘电压互感器和一个半绝缘(或全绝缘)单相电压互感器构成。其消谐原理是,当单相接地时,电压互感器的一次电压出现零序和正序电压,其正序电压施加在接成三相星形的主PT上,即主PT上的各相电压不发生变化,而零序电压(每相零序电压为电源相电压Uφ)则由三相主PT和零序电压互感器承担,由于三相主PT的零序绕组(开口角回路)短接,其零序阻抗很小,与零序电压互感器的阻抗相比可以忽略,如此,零序电压就几乎全部加在零序电压互感器上,即零序电压互感器有相电压产生,其二次侧有电压输出而发出接地报警。当接地消逝时,电容放电电流亦通过主PT一次绕组和零序PT一次绕组至地,由于零序PT的高阻抗及较大的直流电阻抑制了这个放电电流,不致引起互感器饱和而不发生谐振。

由图5- 8 还可以看出,电压表所测量的是各相对地的电压,即为各二次绕组的电压与零序互感器的电压之和(相量和)。因此正常运行时,电压表测量的是相电压,而在单相接地时则由于零序电压互感器二次侧有相电压,其方向与接地相的正序电压方向相反,即接地相的电压表读数为0,而其他非故障相的电压上升到线电压。其二次相量图如图5-9。因此,该接线可以反映接地的相别。 根据这种原理,我公司曾经开发了三相防谐振电压互感器,其型号为JSZF-10型,其接线图如图5-10 。

其中j1—j2端子为零序电压输出为100V,而j2-n端子的电压为100/√3V。这种三相互感器为三相三柱,其零序阻抗很小,所以零序互感器测量的电压基本上是一次零序电压Uφ

理论分析和实际运行经验表明,上述这种主PT开口角短接的4PT接线还有不完善的地方,还不能有效地抑制超低频振荡电流和消除谐振,还偶尔有烧坏的事故发生。该接线,由于开口角回路短接,当系统中出现单相断线,变压器空投母线,单相弧光接地等非正常工况下,由此产生的零序电压而在开口角回路形成的环流,在电容量较大的电网中,这个环流可能超过互感器的热容量而被烧坏;另外,该接线测量的零序电压不准确,同时,因为零序电压互感器是常规的产品,其感抗和直流电阻较小,没有达到抑制超低频振荡电流的要求,据此,为更加可靠地安全运行,大连零序科技开发有限公司提出“4PT”的优化方案,该方案经大一互的模拟试验进行了验证。优化方案主要有两点:其一是接线优化,将主PT的开口角打开与零序PT的一个绕组串接接至电压继电器;其二是,零PT的直流电阻和感抗加大了很多,即零序PT是特殊设计的。这种互感器组我们称为抗谐振阻振荡电压互感器。其产品说明书附后。优化接线的原理是,测量零序电压准确,因为主PT的开口角和零序互感器是串接,即其两端电压是主PT承担的零序电压之和,消除开口角短接的接线方案中只有零序电压互感器承担的零序电压,而不存在测量零序电压不准确的缺陷,同时,由于两个回路的串联,正常运行时三次谐振电势则相互抵消,从而没有三相电压不平衡和开口角回路电压超标的麻烦,还有,零序电压互感器的直流电阻加大,加大到与一次消谐器的电阻值接近,有效地抑制超低频振荡电流。这一优化方案,通过了在铁岭电业局一个10kV的变电所的单相接地试验,该试验的电容电流达32A,试验结果是预期的。 为此,我们现在推广的是优化的4PT方案。

归纳一下,三种消谐措施比较,二次消谐器对谐振发生后起着阻尼作用,能减少或消除谐振对互感器的破坏,但它对超低频放电电流的抑制不起作用,而不能消除熔断器频繁熔断的现象,一次消谐器的应用,能有效地消谐,同时也很好抑制超低频放电电流,但其麻烦是正常运行时三相电压不平衡和零序电压超标,以及中性点对地的电压可能超过互感器的绝缘水平,甚至消谐器的热容量可能不够也导致消谐器自己被烧坏而失去消谐作用。因此,必须采取一些补救措施才能得以安全运行。

开口角短接的4PT接线对消谐和抑制超低频振荡电流都是有效的,但有其测量零序电压不准确和开口角内的环流会导致互感器有烧坏的隐患,因此而不完善,开口角打开的4PT接线及零序电压互感器的特殊设计,消除了开口角短接的4PT接线的缺陷,因此,目前,该方案是较优的消谐方案。但要注意,试验证明4PT接线方案只能是保护自己,而不能消除系统中其他非4PT接线的互感器,这就是说,变电所中,无论进线,出线都应用4PT接线方案,不能只是某一侧单独采用

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