防止35 kV母线电压互感器铁磁谐振的技术措施

马小辉, 周和平

(华立仪表集团股份有限公司, 浙江 杭州 310023)

防止35 kV母线电压互感器铁磁谐振的技术措施

马小辉, 周和平

(华立仪表集团股份有限公司, 浙江 杭州 310023)

35 kV中性点不接地系统在三相运行参数不对称时,电压互感器时常发生铁磁谐振。提出在35 kV母线接入一组电容器,同时在电压互感器一次侧绕组中性线中串接一个电感线圈。运行结果表明,采取的技术措施可有效抑制变压器中性点的电压位移和电压互感器高压侧熔断器的熔断问题,保证了电能计量、电压保护、对地绝缘监测及指示仪表的正常运行。

中性点不接地系统; 电压互感器; 铁磁谐振; 技术措施

0 引 言

为提高供电可靠性,35 kV系统中性点采用不接地运行方式,母线电压互感器监测系统对地绝缘状况,所以中性点采用直接接地方式。在系统发生单相瞬时或永久性接地故障,以及正常倒闸操作中时,时常发生电压互感器的高压侧熔断器熔断的现象,造成电能计量失压、电压保护脱离运行、系统运行状况无法掌握,以及盘表指示或显示不正确,给电力系统安全运行带来危害。

本文分析了系统单相接地故障和正常倒闸操作而引发的高压侧熔断器的熔断问题,并提出了相应的防范措施。

1 单相接地

在35 kV中性点不接地系统中,为监测系统对地绝缘状况,电压互感器一次侧绕组中性点采用直接接地方式。当系统C相发生接地故障时,35 kV供电系统如图1所示。

图1 当系统C相发生接地故障时35 kV供电系统

电感与电容并联电路如图2所示。

图2 电感与电容并联电路

并联铁磁谐振分为低频、分频、工频及高频,频率越低,危害性越大,其特点是流过导线对地的电容电流IC与电压互感器电感电流IL数值相等,由于它们的相位互差180°,相互补偿,使总电流IZ=IL-IC=0。虽然总电流为0,但电容和电感线圈中的电流却很大,它们互相进行充放电,易引起局部系统发生振荡,造成继电保护误动作。该现象从现场的35 kV母线电压表的指针摆动可以看到,其充放电的电流造成电压互感器高压侧熔断器熔断,使其对地绝缘监测装置及相应的电压保护和指示仪表失去作用,甚至造成事故进一步扩大。

2 正常操作

系统在正常运行的情况下,因线路停送电、母线充电、线路负荷互带等倒闸操作,均会发生35 kV母线电压互感器高压熔断器熔断现象。在未发现任何故障时更换熔断器后,系统恢复正常运行。显然,这是在倒闸操作中引起电磁过渡,造成了电压互感器高压侧熔断器熔断。

某110 kV变电站一次系统接线方式如图3所示。图3中,110 kV变电站停电检修完工后,合上开关S1,通过110 kV电源对主变压器送电,之后再合上开关S2对35 kV母线充电时,发生三相电压严重不对称,盘上电压表大幅度摆动,最后电压互感器高压侧熔断器熔断。

图3 某110 kV变电站一次系统接线方式

图3中,开关S1处在合闸位置,T为变电站主变压器,处在空载励磁状态;开关S3处在断开位置。当开关S2合闸对35 kV母线充电时,通过电压互感器二次侧反映出35 kV母线三相电压严重不对称,主变压器35 kV侧中性点对地电压升高。为便于分析问题,将图3简化成等值电路。10 kV侧等值电路如图4所示。

图4 10kV侧等值电路

主变压器35 kV侧绕组中性点采用不接地运行方式,电压互感器一次侧绕组电感与导线对地电容并接在一起,形成星形接线,中性点直接接地。正常情况下,三相负载是对称的,但由于某些激发条件的作用,如充电的三相开关不同期合闸,导致合闸瞬间三相电压不同,造成电压互感器三相励磁涌流值不同,如A相电压刚过零值,B、C相电压处在较高值。此时,A相绕组通过的励磁涌流最大,铁心趋向于磁饱和,A相绕组电感变小,B、C相电感相对较大,铁心未饱和。对于35 kV侧变压器,电压互感器A相绕组与导线对地电容形成并联,因容抗大于感抗,使A相负载呈感性,而B、C相负载呈容性。由于上述合闸产生的电磁过渡过程的结果是电压互感器三相负载有不同的电感值,致使各相与等值电容组成的并联回路的总阻抗呈感性或容性状态,这会使三相负载变得严重不对称。当三相负载不对称时,电源的中性点对地电压就会产生位移。依据基尔霍夫节点电压定律,中性点位移电压UZX为

(1)

j[ωCA-(1/ωLA)]

YB=j[ωCB-(1/ωLB)]

YC=j[ωCC-(1/ωLC)]

式中:YA、YB、YC——三相负载导纳。

从式(1)可以看出,当容性负载和感性负载导纳相互补偿时,YA+YB+YC接近于0,中性点位移电压UZX变得很大。当UZX与三相电源电压分别叠加后,其结果能使三相对地电压同时升高;当UZX较低时,则其中一相或两相与其叠加可能低于相电压,这就是充电操作时造成母线三相电压不对称和变压器中性点出现很高对地电压的原因。由于电压升高,电压互感器励磁电流增大,感抗下降,铁心磁通趋向于磁饱和,当感抗与对地电容的容抗相等时,即发生铁磁谐振。同时,还可能因出现零序电压,接在开口三角的电压继电器动作,发出信号,这些情况都将导致电压互感器高压侧熔断器熔断。

3 技术措施

在正常运行状态下,电压互感器一次侧绕组与导线对地电容形成并接,中性点直接接地。因绕组感抗大于对地容抗,并联回路阻抗呈容性状态。当发生单相接地或正常倒闸操作时,因系统参数的改变,三相参数失去对称性,造成35 kV侧变压器中性点电压发生位移,相电压与中性点的位移电压叠加,可能引起三相电压同时升高或其中一相或两相升高,使电压互感器发生磁饱和,电感变小,而绕组感抗小于对地电容容抗,呈感性状态。

为保证在正常倒闸时电压互感器不发生铁磁谐振,首先要保证一次侧绕组的感抗与对地电容的容抗呈容性状态。故35 kV母线接入一组电容器,电容器的容抗XC与电压互感器的感抗XL的比值<0.01,或者按照35 kV架空线路(无架空地线)每千米、每相导线对地电容35 μF来计算,以不小于5 km导线对地电容作为抑制变压器中性点位移电压的电容器容量,并接在母线上。实际运行也证明,当电压互感器发生铁磁谐振时,将一条空载线路投入运行,铁磁谐振就会消失,其实就是相当于投入了一组电容器,使其负载呈容性状态,抑制了变压器中性点的电压位移。

图5 保护措施线路

(2)

XL2=0.732XL1

式中:UX——线电压;

Uφ——相电压;

XL1——电压互感器感抗;

XL2——中性线电感线圈感抗。

当系统正常运行中,电压互感器中性点通过熔断器FU2接地,在倒闸操作过程中引发变压器中性点的电压位移,由母线电容器组来进行抑制,使电磁过渡过程平稳结束。在发生单相接地、励磁电流>0.5 A时,FU2首先熔断。将电感线圈L2串接在电压互感器一次侧绕组回路中,起到了限制励磁电流的作用。

4 结 语

电压互感器高压侧熔断器在设备本身出现故障时熔断,在系统运行出现异常现象时,必须保证电压互感器正常运行,并能够真实反映运行状况。通过在35 kV母线上接入一组电容器,并在电压互感器一次侧绕组中性点中串接一个电感线圈,可以有效地抑制变压器中性点的电压位移和电压互感器高压侧熔断器的熔断问题,保证了电能计量、电压保护、对地绝缘监测及指示仪表能够正常运行。

[1] 胡明红.动态无功补偿装置在配电系统中的应用[J].现代建筑电气,2013,4(1):27-30.

[2] 马小辉,周和平.三相电能计量装置V/V接线方式的分析[J].现代建筑电气,2014,5(9):5-8.

[3] 唐军,周和平.10 kV电力用户无功补偿运行方式分析[J].现代建筑电气,2014,5(10):32-34.

【编辑部资讯】

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《现代建筑电气》编辑部

Technical Measures for Preventing Ferromagnetic Resonance of 35 kV Generatrix Voltage Transformer

MA Xiaohui, ZHOU Heping

(Holley Metering Co., Ltd., Hangzhou 310023, China)

The ferromagnetic resonance of voltage transformer often occurs when the three-phase operation parameters are asymmetric in 35 kV neutral point ungrounding system. This paper proposed the access to a group of capacitor in in 35 kV generatrix,and a inductance coil was tandem connection in primary winding of voltage transformer. The operation results show the technical measures effectively restrain the voltage displacement of transformer neutral point and fusing problem of voltage transformer high voltage side. It can ensure the normal operation of energy metering,voltage protection,ground insulation monitoring,and indicating instrument.

neutral point ungrounding system; voltage transformer; ferromagnetic resonance; technical measures

马小辉(1973—),男,博士,从事电能计量自动化主站和采集终端项目的研究。

TU 852

A

1674-8417(2015)01-0022-04

2014-09-28

周和平(1954—),男,高级工程师,从事电能计量及电器设备自动化保护方面的研究。