黃劍橋 王支軍
摘要:隨著電力行業(yè)的繁榮,電網(wǎng)技術(shù)得到了新的突破,220kV變電站逐步成為城市供電系統(tǒng)中的關(guān)鍵要素。在220kV變電站的日常運(yùn)作過程中,操作過電壓或諧振過電壓不僅對(duì)操作員的人身安全構(gòu)成極大的威脅,還會(huì)造成設(shè)備的非正常中停,影響設(shè)備的使用壽命。針對(duì)這類情況,需要減少空載電流或加大變壓器電容的方法來減少出現(xiàn)過電壓情況。基于此,文章說明了220kV變電站的過電壓現(xiàn)象,提出了科學(xué)有效的防范控制措施,為電力的安全生產(chǎn)提供了借鑒。
關(guān)鍵詞:220kV變電站;運(yùn)行操作;過電壓;防范控制措施;電力行業(yè) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
中圖分類號(hào):TM864 文章編號(hào):1009-2374(2015)05-0141-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0402
我國(guó)電力技術(shù)的不斷發(fā)展為完善電網(wǎng)建設(shè)提供了技術(shù)保障,變電站主要有四個(gè)等級(jí)的電壓:220kV、l10kV、35kV和10kV。在目前的供電系統(tǒng)中,220kV變電站已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到城區(qū)電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中,成為城市供電的重要保障要素。在220kV變電站的使用過程中,電壓升高或電位差加大導(dǎo)致電壓不穩(wěn)的情況時(shí)有發(fā)生,出現(xiàn)220kV變電站的過電壓現(xiàn)象。一般來說,比較常見的過電壓現(xiàn)象有操作過電壓或諧振過電壓兩類,變電站的過電壓現(xiàn)象不僅嚴(yán)重威脅到了操作員的生命安全,還會(huì)大大縮短設(shè)備的使用壽命,造成設(shè)備非正常停止運(yùn)行現(xiàn)象。因此,對(duì)220kV變電站操作過程中的過電壓現(xiàn)象進(jìn)行必要的防范與控制顯得十分迫切,它是保證變電站持續(xù)、安全的措施。
1 變電站的過電壓現(xiàn)象
所謂過電壓現(xiàn)象,主要是指在變電站的運(yùn)行系統(tǒng)中,電壓或電位差的突然升高破壞了設(shè)備的絕緣體性能,從而導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定的情況。變電站運(yùn)行中較為常見的兩類過電壓現(xiàn)象是:操作過電壓現(xiàn)象和諧振過電壓現(xiàn)象,其中操作過電壓現(xiàn)象通常是由于操作不當(dāng)引起的設(shè)備回路自振過電壓現(xiàn)象或是由于非線性設(shè)備參數(shù)周期變化造成的非線性諧振過電壓現(xiàn)象,它主要產(chǎn)生在故障的過渡階段,持續(xù)時(shí)間比較短。而諧振過電壓則是持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的穩(wěn)態(tài)過電壓現(xiàn)象,部分情況下諧振過電壓會(huì)延續(xù)到下一操作步驟,直至出現(xiàn)能破壞諧振現(xiàn)象的內(nèi)外部條件,負(fù)載變化、線路分合閘和排除故障等是產(chǎn)生諧振過電壓現(xiàn)象較為常見的原因。
2 220kV變電站運(yùn)行中存在的過電壓?jiǎn)栴}
2.1 投切空載變壓器過電壓
投切空載變壓器是變壓器在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中一次繞組接通電源,但二次繞組處于開路狀態(tài)的情況。這種情況下產(chǎn)生的電流被稱為空載電流或花子勵(lì)磁電流。若空載變壓器一旦被切除,受變小的空載電流影響,在斷路器阻隔電流的過程中,設(shè)備開關(guān)會(huì)出現(xiàn)較大的游離引力。在這樣的情況下,需要將電流調(diào)整為零,若電流大于零則很容易使設(shè)備強(qiáng)制熄弧,這種現(xiàn)象也被稱為截流,截流現(xiàn)象是產(chǎn)生投切空載變壓器過電壓的主要原因。
2.2 母線諧振過電壓
變壓器和互感器間產(chǎn)生的鐵磁電感現(xiàn)象被稱為鐵磁諧振,當(dāng)進(jìn)行分合閘操作時(shí)會(huì)使設(shè)備處于短暫的暫停狀態(tài),進(jìn)而使鐵芯發(fā)生改變,當(dāng)鐵芯達(dá)到飽和就會(huì)出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。鐵芯的飽和程度決定了鐵磁電感的強(qiáng)度,而電壓值又決定了鐵芯的飽和程度,也就是說三相繞組產(chǎn)生的電壓值改變?cè)酱螅F芯就越接近飽和狀態(tài)。母線的鐵磁諧振分為串聯(lián)和并聯(lián)兩類,串聯(lián)鐵磁諧振一般發(fā)生在大電流接地系統(tǒng),而并聯(lián)鐵磁諧振則多見于小電流接地系統(tǒng)。220kV變電站可能同時(shí)存在串聯(lián)和并聯(lián)鐵磁諧振。出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象時(shí),互感器聲音會(huì)發(fā)生異常,設(shè)備會(huì)出現(xiàn)電壓升高的情況,嚴(yán)重時(shí)系統(tǒng)的絕緣處會(huì)燒壞,從而使母線電壓互感器無法正常運(yùn)行。
3 過電壓控制措施
3.1 投切空載變壓器過電壓的控制措施
第一,減弱空載電流。空載電流的主要構(gòu)成要素是鐵損和磁化電流,對(duì)空載電流的改變可以通過對(duì)鐵心結(jié)構(gòu)與質(zhì)量的控制來實(shí)現(xiàn)。改變變壓器中的鐵心結(jié)構(gòu)或選用質(zhì)量好的鐵心可以減弱空載電流,比如將鐵心中的硅鋼片換成冷軋晶??梢詼p小空載電流。在實(shí)際操作中,還要注重對(duì)變壓器的日常檢查與維護(hù)。
第二,加大變壓器電容。通常220kV多為內(nèi)置芯片的變壓器,可以利用糾結(jié)式繞組的方法來加大變壓器電容。通過變壓器線匝與糾結(jié)式繞組另一線匝的連接可以增強(qiáng)電容線粗,而線匝的電位差也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。一旦出現(xiàn)過電壓,所有線匝將會(huì)被重新分配。
第三,采用并聯(lián)電阻開關(guān)。當(dāng)截流現(xiàn)象產(chǎn)生,磁場(chǎng)會(huì)轉(zhuǎn)化為電能從而引起電容器中電容變大。使用并聯(lián)電阻開關(guān),可以有效地釋放掉磁場(chǎng)能量。在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中,在截流產(chǎn)生之前要閉合開關(guān),阻斷與開關(guān)并聯(lián)的電阻,截流之后要斷開開關(guān),在電阻的作用下,電勢(shì)會(huì)產(chǎn)生電流,進(jìn)而弱化磁場(chǎng)能量。
3.2 母線諧振過電壓的控制措施
針對(duì)母線諧振過電壓的情況,筆者根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),提出具體控制措施,包括發(fā)揮倒閘操作的作用以及保證技術(shù)設(shè)備,現(xiàn)闡述如下:
第一,首先要注重倒閘操作對(duì)改善母線諧振過電壓情況的作用。禁止母線電磁式電壓互感器在合閘狀態(tài)時(shí),空充母線。在空充母線前,合上線路或分段開關(guān)母線側(cè)刀閘,增加線路或分段開關(guān)對(duì)地電容,改變系統(tǒng)電容參數(shù),抑制諧振現(xiàn)象。
第二,熟悉所使用儀器設(shè)備的技術(shù)參數(shù)。首先要了解母線系統(tǒng)參數(shù),認(rèn)真檢查設(shè)備,準(zhǔn)確計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù),根據(jù)計(jì)算值判斷是否在諧振范圍,通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)將斷路器電容控制在450PF的狀態(tài)下不會(huì)發(fā)生鐵磁諧振。其次要定期改進(jìn)設(shè)備,比如變壓器加裝避雷器能有效改善過電壓現(xiàn)象。
第三,改善母線電容參數(shù)。首先,更換母線或線路電磁式電壓互感器,采用伏安特性較好的電磁式電壓互感器或電容式電壓互感器。鐵芯飽和是產(chǎn)生諧振重要原因。其次,在母線上安裝對(duì)地電容或?qū)⒏黟伨€電流互感器安裝在母線刀閘側(cè)。
第四,去掉高壓開關(guān)均壓電容。高壓開關(guān)在熱備用狀態(tài)時(shí),主變或線路上電壓通過均壓電容傳到母線上,形成諧振容性因素。
4 結(jié)語
綜上所述,社會(huì)的進(jìn)步對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)提出了越來越高的要求,為了更好地為城區(qū)提供用電服務(wù),需要不斷提高變電站性能,改進(jìn)繼電保護(hù)裝置。有效防范和控制220kV變電站運(yùn)行操作中的過電壓現(xiàn)象,及時(shí)檢修相關(guān)設(shè)備,保證變電站的安全運(yùn)轉(zhuǎn),對(duì)于人們生產(chǎn)生活具有十分重要的作用。
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作者簡(jiǎn)介:黃劍橋(1987-),男,供職于深圳供電局有限公司變電管理二所,研究方向:變電運(yùn)行。
(責(zé)任編輯:蔣建華)