沈 達(dá)
(紹興電力局,浙江 紹興 312000)
我國(guó)35 kV及以下配電網(wǎng),大部分采用中性點(diǎn)不接地方式運(yùn)行。其中運(yùn)行著大量的電磁式電壓互感器(TV),這些器件具有非線性電磁特性,它們與系統(tǒng)內(nèi)的容性元件在參數(shù)匹配時(shí)就會(huì)發(fā)生鐵磁諧振,產(chǎn)生極高的諧振過電壓。當(dāng)這種過電壓發(fā)生時(shí),由于互感器的鐵心飽和,導(dǎo)致其繞組的勵(lì)磁電流大大增加,嚴(yán)重時(shí)可達(dá)其額定勵(lì)磁電流的百倍以上。從而引起互感器高壓熔斷器熔斷、噴油、繞組燒毀甚至爆炸,嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行。
目前,常用的消除鐵磁諧振的方法主要從兩方面著手,即改變電感電容參數(shù)和消耗諧振能量。如在TV二次側(cè)開口三角形側(cè)接入電阻,在TV一次中性點(diǎn)接入消諧電阻器或零序TV等。從電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況看,上述措施對(duì)消除鐵磁諧振確實(shí)起到了很好的效果,但在實(shí)際運(yùn)行中鐵磁諧振過電壓還是時(shí)有發(fā)生。
在220 kV澄潭變電站用2號(hào)主變35 kV開關(guān)對(duì)35 kVⅡ段母線(空母線)進(jìn)行某次復(fù)役沖擊時(shí),發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控機(jī)顯示35 kVⅡ段母線A相電壓42.5 kV,B相電壓42.5 kV,C相電壓35.8 kV。同時(shí)發(fā)現(xiàn)2號(hào)主變35 kV穿墻套管處有較大放電聲,立即拉開2號(hào)主變35 kV開關(guān)后放電聲消失。當(dāng)時(shí)根據(jù)上述現(xiàn)象初步判斷為在空母線送電時(shí)發(fā)生鐵磁諧振,后在35 kVⅡ段母線壓變開口三角處接1只1 kW電爐,再次送電時(shí)35 kVⅡ段母線電壓顯示正常,相關(guān)設(shè)備無明顯放電聲。
有運(yùn)行人員提出疑問:35 kVⅡ段母線壓變柜上已裝有消諧裝置,按正常情況應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生諧振,且現(xiàn)場(chǎng)檢查裝置面板及查看事件菜單均無動(dòng)作記錄及明顯異常。為解開這個(gè)疑團(tuán),應(yīng)首先從諧振產(chǎn)生的原因及消諧裝置動(dòng)作的原理兩方面來分析。
在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中,由于接地保護(hù)的需要,三相TV的中性點(diǎn)是直接接地的,因此TV與電網(wǎng)線路對(duì)地電容并聯(lián)而形成諧振回路。電磁式TV的電感是非線性的,在正常運(yùn)行時(shí),TV的感抗XL遠(yuǎn)大于電網(wǎng)對(duì)地電容的容抗XC,即XL與XC不會(huì)形成諧振,但由于某些原因,使TV的電感量發(fā)生變化,如果XL與XC匹配合適則將產(chǎn)生諧振。
母線TV電網(wǎng)實(shí)際接線見圖1??紤]到系統(tǒng)導(dǎo)線的阻抗較TV的激磁阻抗小得多,而且系統(tǒng)的相間電容及負(fù)載與此現(xiàn)象關(guān)系不大,以上影響均可以忽略不計(jì)。這樣圖1可用圖2所示等值電路來表示。在L和C0并聯(lián)的電路里有一個(gè)特點(diǎn):當(dāng)電壓較低時(shí),TV鐵心尚未飽和,ωL>1/ωC0,XL>XC0,IC>IL(電容電流大于電感電流), 此時(shí)相當(dāng)于一個(gè)等值電容C;當(dāng)電壓突然升高,由于鐵心飽和,使XL下降,達(dá)到一定程度時(shí)。會(huì)使XL<XC0,即電感電流大于電容電流(IL>IC),此時(shí),相當(dāng)于一個(gè)等值電感L。
圖1 TV的接線
圖2 電磁式TV引起鐵磁諧振過電壓等值電路
正常運(yùn)行時(shí),TV鐵心不飽和,所以并聯(lián)支路處于容性狀態(tài)。若令LA=LB=LC=L0,則并列后的各相導(dǎo)納 YA,YB,YC相等,即 YA=YB=YC=jωC+(1/jωL0), 因而不會(huì)出現(xiàn)中性點(diǎn)不穩(wěn)定現(xiàn)象,即中性點(diǎn)電位與地電位是重合的。
上面提到的35 kV母線發(fā)生諧振的實(shí)例就是因?yàn)殚_關(guān)沖擊空母線時(shí),鐵心電感受到“激發(fā)”而呈現(xiàn)不同程度的飽和,從而破壞了三相電路的對(duì)稱性,即YA≠YB≠YC,因此中性點(diǎn)位移必然出現(xiàn)。
運(yùn)行的消諧裝置型號(hào)為WNXⅢ-60/B,對(duì)該裝置進(jìn)行了試驗(yàn)檢查:工頻、高頻動(dòng)作電壓為150 V左右,1/2,1/3分頻動(dòng)作電壓為30 V左右,1/5,1/7,1/10分頻動(dòng)作電壓為20 V左右,表明裝置動(dòng)作情況正常。
對(duì)主變故障錄波器動(dòng)作情況進(jìn)行分標(biāo)時(shí)發(fā)現(xiàn)35 kVⅡ段母線 A相電壓有效值為125 V左右(峰值175 V左右),B相電壓值與A相基本相同,C相電壓有效值為103 V左右,開口三角電壓有效為200 V左右(峰值250 V左右),且以上各電壓相位相差不超過50°。其中A,B相電壓為28°左右,經(jīng)計(jì)算所得故障時(shí)35 kVⅡ段母線AB相線電壓為60 V左右。35 kV消諧裝置工作電源設(shè)計(jì)為接35 kV保護(hù)、測(cè)量組電壓的A,B相電壓(正常電壓為100 V)。消諧裝置電源要求允許變化范圍100±10 V。
根據(jù)以上情況分析:消諧器不動(dòng)作原因是由于35 kVⅡ段母線 AB相線電壓在發(fā)生諧振時(shí)為60 V左右,低于消諧裝置工作電源90~110 V的要求,AB相線電壓不能提供消諧裝置正常工作電壓,至使消諧裝置不能正常動(dòng)作。
(1)由于對(duì)母線送電的瞬間交流電壓極不穩(wěn)定,電網(wǎng)發(fā)生接地、諧振等故障時(shí)瞬間交流系統(tǒng)的暫態(tài)干擾,均會(huì)影響交流電壓值。因此,消諧裝置工作電源如果從TV二次側(cè)取得交流100 V或者從站用電系統(tǒng)取得交流220 V均不合理,應(yīng)選用直流電源供電。
(2)對(duì)相同類型接線方式的消諧裝置進(jìn)行全面排查,統(tǒng)一設(shè)計(jì)整改,并聯(lián)系廠家將裝置電源更換成直流電源,徹底消除隱患。
(3)為了避免空母線合閘時(shí)諧振的發(fā)生,可采取事先投入某些線路或站用變壓器等措施,但不宜投入電容器組,防止電壓有較大波動(dòng)時(shí)空載變壓器與電容器構(gòu)成諧振回路產(chǎn)生諧振過電壓。
(4)可更換伏安特性好的TV,使其工作點(diǎn)在伏安特性的線性部分,當(dāng)有激發(fā)因素時(shí)鐵心不易飽和,難于激發(fā)諧振,能有效防止諧振的發(fā)生。
通過對(duì)220 kV澄潭變電站35 kVⅡ段空母線進(jìn)行復(fù)役沖擊時(shí)發(fā)生鐵磁諧振過電壓現(xiàn)象的分析,找出了諧振及消諧裝置為何拒動(dòng)的主要原因。結(jié)合目前實(shí)際情況,提出了整改與預(yù)防措施。經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用證明,在消諧裝置電源改由直流供電后,裝置動(dòng)作可靠性大大提高,到目前為止未再發(fā)生類似拒動(dòng)現(xiàn)象。
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