电磁式电压互感器饱和引起谐振过电压的分析与抑制

2014-12-11陈上吉

中国科技纵横 2014年24期

关键词：电磁式铁磁铁芯

陈上吉

(国网河南省电力公司,河南郑州 450052)

电磁式电压互感器饱和引起谐振过电压的分析与抑制

陈上吉

(国网河南省电力公司,河南郑州 450052)

本文从理论上阐述了电力系统由于电压互感器饱和产生铁磁谐振的原因及对电力系统安全运行的影响,并介绍了抑制铁磁谐振的措施。

电压互感器饱和铁磁谐振抑制措施

电力系统是一个复杂的电力网络,存在很多电感和电容元器件,尤其在不接地系统中,常常出现谐振现象,这给电网的稳定、设备的安全运行带来隐患。产生谐振的原因有很多,本文主要阐述由于电磁式电压互感器饱和引起的铁磁谐振过电压。

1 电磁式电压互感器饱和引起谐振过电压的分析

1.1 产生谐振过电压的原因

在电力系统中,电压互感器(PT)是联络一、二次系统的重要元件,能正确反映电气设备的正常运行和故障情况。在正常工作时二次绕组近似于开路状态,不允许短路。

产生谐振过电压的外在原因通常是电力系统发生单相间歇性电弧放电、树竹接地；内部原因是压变本身内部出现单相接地或匝间、层间、相间短路故障。电压对电压互感器的终极破坏就是使其爆炸,甚至还会造成母线短路,严重影响输电。电压互感器被破坏的原因有很多,主要因素是产品质量不好,当一次侧绕组发生匝间短路,电流会迅速增大,铁芯也将迅速饱和从而导致谐振过电压,使绝缘击穿,高压熔断器被熔断。目前,谐振过电压主要是由单相间歇性电弧放电产生的。

1.2 电磁式电压互感器饱和引起谐振过电压的分析

电磁式电压互感器引起的谐振过电压,主要是电网出现扰动时电压互感器饱和造成铁磁谐振过电压。铁磁谐振发生在含有铁芯电感的回路中,电感值会随着电压、电流的大小而变化。假设正常运行条件下,感抗大于容抗。当铁芯两端电压升高或电感线圈出现涌流时,铁芯就可能出现饱和,感抗就会减小。当感抗降到容抗大小时,就满足了谐振条件。发生谐振时,电容、电感上会形成过电压。

具体到系统中,电力系统可以分为中性点不接地系统和中性点接地系统。本文就不接地系统中的状况展开分析。

在中性点不接地系统中,为了监视三相对地电压,变电站的母线上常接有YO接线的电磁式电压互感器．如图1。

图1 中性点不接地系统铁磁谐振原理示意图

正常运行时,电压互感器的阻抗很大并呈感性,各相导线的对地电容呈容性,且如图1所示,L和C并联,所以每相阻抗呈容性,对应的三相导纳也基本相同,三相对地负载基本平衡,电网中性点的位移电压很小,此时不具备线性谐振的条件。但当电网中出现某些扰动时,比如前面提到的输电线路的两相短路、单相接地、断线或内部操作过电压时,一相或两相电压瞬时升高,使互感器两相或一相的励磁电流突然增大,铁芯就会饱和。由于各相饱和程度的不同,就可能出现较高的中性点位移电压,进而可能激发谐振过电压,中性点位移电压可有以下公式计算,即:

如果在正常状态下各相导纳呈容性,那么由于存在扰动,假使B相和C相对地电压瞬时升高,L2和L3将减小,电感电流会增大,可能使B、C两相的导纳变成电感性。由于总导纳显著减小,从而使位移电压大大加大。如果参数配合不当,恰好使总导纳接近于零,就会产生并联谐振现象,使中性点电压急剧上升,中性点电压越高,相对地过电压也越高。

在电网运行中,通常发生两相对地电压升高,一相对地电压降低的情况,这与系统内出现单相接地时的现象相仿。谐振过电压对设备的威胁最大,所以在巡视时切不可将电压互感器谐振误判为单相接地而耽误了及时、准确处理故障的时机。

根据前面分析可以看出,在谐振回路中电容可以看作线性参数,电感是非常数,故回路没有固定的自振频率。电感未饱和时,电路的自振频率小于电源频率。随着铁芯的饱和,电感值减小,使得在某一电压下,回路的自振频率正好等于或接近电源频率,从而发生了谐振过电压。

2 抑制铁磁谐振的方法

为了限制电磁式电压互感器饱和引起谐振过电压,根据翻阅资料和工作实践,可总结为以下几种方法:(1)选用质量好,技术性能优,铁心不易饱和的电压互感器；(2)在电压互感器开口绕组中接入适宜的电阻,或者在电压互感器一次绕组中性点对地接入电阻以阻尼振荡；(3)在某些情况下,可在10千伏的母线上装设一组三相对地电容器,或用电缆代替架空线,以增大对地电容,从参数搭配上避免谐振；(4)特殊情况下,可将中性点不接地系统临时经小电阻接地或直接接地,或投入消弧线圈,也可以按事先规定投入某些线路或设备以改变电路参数,消除谐振过电压；(5)目前变电站用的大多是电磁式电压互感器,主要抑制方法是在电压互感器的辅助二次侧即开口三角接线的开口处装有消谐装置,即并联消谐灯。正常运行时开口三角应该没有电压差；故障时,开口处就会有电压,消谐灯就会亮,故障排除后灯灭。