电机电流不平衡

2024-10-06

电机电流不平衡（共8篇）

电机电流不平衡篇1

机车在调试和运行过程中, 电机电流的不平衡是比较常见的故障。而这种现象可能引起机车的电机的环火, 甚至造成小轮弛缓而发生分主断, 引起机故机破等运营事故的发生。笔者结合一些故障案例, 对电机电流的不平衡进行分析研究, 为机车调试及技术人员提供解决问题的途径。

韶山型相控电力机车的主电路简化原理见图1。

在牵引工况下, 牵引电机电流特性公式为

式中:Ud为硅机组整流输出端电压;E为电机端电压;∑R为主电路的阻抗总和, 一般在0.1Ω以内。

电机端电压特性表示为

式中:Ce为电机的结构常数;n为电机转速, 可以系统地表示为机车速度V;φ为电机磁通量, 取决于电机的励磁电流:复励电机的励磁电流为If (SS7系列机车) ;串励电机If=I。

通过上述公式, 对每个变量突变引起机车电流不平顺的原因进行分析, 并对故障现象进行总结。

1 Ud引起电流的不平衡

1.1 变压器整流绕组原因引起电流的不平衡

变压器绕组电压不均衡引起的电流不平衡故障几率较低, 多发生于首台车型的试验机车上。在变压器的设计过程中, 设计人员没有充分考虑到绕组叠加在一起时的耦合作用, 硅机组整流输出端电压Ud在大桥满开放后开放小桥的瞬间, 两架端电压出现不一致。例如在本厂大修的SS7D001和SS7D002机车发生了此类故障。技术人员经过多次试验, 最后在外电路上进行改进, 相当于对变压器内部的小桥绕组的电流流向进行改变, 去除了变压器内部耦合引起的电压突变。同时对变压器进行有限元分析, a1b1的绕组满开放电压为247 V, x1b1的绕组满开放电压为295 V, a2b2的绕组满开放电压为301 V, x2b2的绕组满开放电压为250 V, 这样在微机柜故障位操作时, 同样的开放角度, 每开放一度, 二架比一架端电压将多出0.3 V, 在微机柜的控制中, 大桥在满开放的开放角达到160°~170°, 二桥开放时从20°~24°左右开放, 而不是从0°开放, 这样造成开放瞬间二架端电压比一架高6 V, 整个回路的电阻约为0.03Ω。这样电枢电流必然会高出200 A左右, 因为此时电机的转速相同, 反电动势一致, 回路总电阻一致, 端电压的差异引起了电流的不平顺。

1.2 硅机组自身的故障引起的电流不平衡

通过对硅机组的分析, 硅机组引起电机端电压不一致常见的情况有两种, 可控硅原件特性发生了改变, 出现了不触发而导致电压不能增加或不可控, 即有脉冲就全开放, 导致电压瞬间升高, 这两种情况通过半波测试法可以很快地判断具体的可控硅原件而排除故障, 下面根据图2进行逐步分析。

根据图2, 当有原件击穿时, 能很容易通过正负半波的试验发现具体原件。如果原件完全击穿, 则会引起次边短路而引起跳主断。有一种故障现象是比较难以判断的, 就是V7, V8, V1, V2中的二极管中的一个发生击穿。但是没有完全断开, 则相当于上面的原理图中, 二极管其中一个发生软击穿, 等效为一个有阻值的电阻, 此时, 在负半波时, 两架电流不会有偏差。因为此时电流的流向为X4—V9—V2—V1—电机—V8—A4, 但是在负半波时, 电流的流向就会有不同。正常的流向为A4—V7—V2—V1—电机—V10—X4, 如果二极管发生软击穿, 就会有另一路电流流向为A4—电阻R—V10—X4, 本架的电机电流会发生分流引起两架电机电流的不平衡。如果主电路中出现这样的故障, 在微机柜在正常位控制时, 故障架的电流由于有电阻R分流的原因会继续开通Ue1, 保证两架电流的平衡。假定2架为故障架, 以B组集控时, 同样的级位, 假定电流应该为I, 这时微机柜给出的电流应该为I总, I总=I+I分 (电阻R上流过的电流) , 2架的电流为I, 由于1架电流不受控, 其电流可以达到I总, 而现象为1架的电流并不符合机车恒流起动特性。假定

式中:R电为硅机组两端等效总电阻;R为二极管等效电阻。

在2架集中控制时, 一架电流与二架电流的关系为I1/I2= (1/K+1) , 当一架集中控制时, 一架的电机电流I是符合特性的, 但是这时2架的电机电流只有I/ (1/K+1) , 这时可以通过A和B组转换两架的电机电流关系, 判断故障部位。K的大小取决于电机电阻R电与电阻R的比值大小。如果故障部位出现在V2, 在理论上, 出现这种故障的几率很小, 因为作为续流二极管, 流过的电流很大, 但如果出现二极管软击穿的故障, 可以通过原理分析, 在大桥开放的时候故障电路不会影响到电机电流, 但是在二段桥开放以后, 在正半波的时候电流会出现明显的不平衡。其不平衡的程度要比在大桥上出现同样的故障处更严重, 因为只要V4可控硅导通, 电流就会出现分流状态, 而大桥上原来的电流此时也会通过分流电阻, 从而造成不平衡现象, 同时理论上必然伴随有次边短路和跳主断的故障发生。

通过上述分析, 可以总结出对于Ud的变化引起电流不平顺的共性会使两架的电机电流出现较大的偏差, 而本架的电机电流是一致的, 而变压器引起的故障会有明显的突变性, 多集中与1/2大桥满开放, 1/4小桥刚投入的过程中, 而硅原件发生故障则会伴随着次边短路、主断等故障同时发生。

2 E引起电流的不平衡

电机端电压特性表示为E=Ce×φ×n, 影响电机端电压突变的因素有电机的结构常数、磁通量和机车速度, 对于同一型号的电机, 结构常数、磁通量是固定常数, 电压突变可能影响的因素只有电机转速。在没有空转的情况下, 这种故障极少发生。

3 ∑R主电路的阻引抗起电流的不平衡

主回路的阻抗变化情况比较复杂, 通过对主电路各个部件逐一分析, 引起阻抗突变的原因最常见的是电空接触器触头接触不良, 当有同样的电流流过时, 接触不良的电空接触器由于杂质等原因产生一定的阻抗, 引起回路电机电流的减小, 另一种常见的情况是由于两架磁削一架投入, 一架却不能投入, 这种情况多见于高速、无级磁削机车, 故障现象表现为磁削投入后才出现电机电流的明显偏差。对于电机端电压和主回路阻抗变化引起的电机电流不平衡, 故障现象表现为某个电机出现电流偏差, 且不符合机车电流控制特性。

电机电流不平衡篇2

【关键词】旁母代供；异常；处理

0.前言

当电力传输网络不够完善时，为保证部分设备检修情况下不间断供电，在一些重要的变电站设置了旁路母线接线，旁路可以旁代主变、旁代线路甚至兼用母联，旁路的设置对提高供电可靠性起到了至关重要的作用。

220kV涟水变是淮安地区建成比较早的一个大型变电站，采用双母线带旁路加专用母联方式。变电站运行人员反映旁母代供操作过程中，按调度要求记录的旁母负荷测量值三相不平衡率较大，甚至出现个别相电流为0的情况，影响运行人员以及调度员对设备状态的判断。

1.异常现象

在220KV涟水变进行无人值班改造过程中，旁路720开关无人值班自动化改造工作结束后，调度下令用720开关旁代主变701开关操作以实现带负荷测试，当合上720开关，实现720开关与被代701开关并列运行时，出现了异常情况：720开关电流分别为：A相为0A、B相为28.49A、C相为33.4A。如图1：

首次出现异常后，恢复运方。通过仪器对CT二次回路检查无开路异常。调度再次下令720开关旁代主变701开关代供操作中，当合上720开关后，A相电流仍偏小，当天停止720开关。第二天对720开关CT进行试验后，720开关再次旁代701开关测试。测试结果如下表：

三次异常情况时负荷电流记录表

事后我们又统计了前期720开关旁路代供操作情况。由于涟水变无人值班自动化改造，所有110kV间隔除783涟胡二线、785涟高线为备用线外，均发生过旁路代供操作。当720开关与所带开关并列运行时负荷情况如下：

通过上表我们发现：旁路720开关代主变701开关并列运行时三相负荷电流不平衡率最高达到了100%，最低14%，平均61.3%。720开关旁代701开关的数据最高具有典型性。

2.原因分析

对720开关无人值班自动化改造后发生的异常情况进行分析，我们发现720开关与701开关并列运行时720开关A相电流为0A，701开关的A相电流相应的偏大。

720开关与701开关同相电流之和及实际负荷A、B、C三相几乎相等。

现场人员初步判断认为720开关与701开关此时为并联电阻关系（如图2所示）。

720开关负荷电流与电阻大小成反比。

我们用直流电阻测试仪分别对720 开关的三组110kV刀闸和7016刀闸进行接触电阻测量，测量数据表明7202、7206、7016三组刀闸接触电阻在150至200微欧之间，而7201刀闸接触电阻达1800微欧，大大超过正常值100微欧，所以一次设备接触电阻大是三相电流不平衡的主要原因。

3.采取办法

针对此问题，现场作业人员对上述四组刀闸进行除锈并用导电脂润滑处理，通过对检修后刀闸接触电阻现场测量，四组刀闸的九个动静触头接触电阻均在100微欧左右。

后期，我们统计了720开关旁路代供操作情况。结合涟水变110kV部分保护更换工作，720开关旁路代供701开关后负荷电流三相不平衡率由实施前的平均61.3%降低到实施后的6%，满足了运行人员对设备状态的判断。

4.总结

刍议小电流接地系统电压不平衡篇3

我国大多数配电网均采用中性点不直接接地系统, 它包括中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地系统。当发生单相接地故障时, 由于不能构成低阻抗短路回路, 接地短路电流很小因此这种系统称为小电流接地系统。从长期的运行经验知道, 单相接地故障是配电网中出现频率最高的故障形式, 而且一般这类故障会自行消除, 所以采用这种接地方式可以提高供电的可靠性。

当这种接地系统出现电压不平衡的情况如果变电运行人员对这方面的认识不足, 往往会因为未能及时处理而影响到安全、可靠供电。在变电站出现电压不平衡的状态, 主要原因有两个, 一是电压互感器熔断器熔断, 一是单相短路接地故障。

1 电压互感器熔断器熔断

电压互感器熔断器熔断包括高压熔断器熔断和低压熔断器熔断两种情况, 两者出现的现象也是各不相同的。

1.1 高压熔断器熔断

单相高压熔断器熔断, 由于电压互感器有一定的感应电压, 所以故障相电压降低, 但并不为零, 非故障相电压正常, 向量角度为1200, 同时由于高压熔断器熔断, 使得一次侧电压不平衡造成开口三角形有电压, 即有零序电压出现。如C相高压熔断器熔断, 矢量合成图如图1所示, 零序电压3U0等于相电压。

两相高压熔断器熔断, 同样由于电压互感器有一定的感应电压, 所以故障相电压降低, 但并不为零, 非故障相电压正常, 同时一次侧电压不平衡, 开口三角形也有电压。如, A、C两相高压熔断器熔断, 矢量合成图如图2所示, 零序电压3U0等于相电压。

1.2 低压熔断器熔断

单相低压熔断器熔断时, 由于是二次侧熔断器熔断, 一次侧电压正常, 所以故障相电压为零, 非故障相电压正常, 其向量角为120, 开口三角形处没有零序电压, 不能起动报警。出现这种情况, 只要变电运行人员及时更换低压熔断器就可以了。

两相低压熔断器熔断, 也是故障相电压为零, 非故障相电压正常, 处理方法和单相熔断器熔断一样。

2 单相接地故障

小电流接地系统中, 经过过渡电阻的接地称为不完全接地故障, 接地过渡电阻是指当发生接地时, 接地电流从导线流入大地的通路中所遇到的电阻, 包括弧光电阻、杆塔电阻、接地装置电阻等。在实际的小电流接地系统运行中, 单相接地故障占到总故障的70%左右, 而单纯的金属性完全接地故障是很少的, 更多的是不完全接地故障。

假设发生A相接地故障, 其电压向量图如图3、图4所示。

接地相A相对地电压UAd在0至相电压UAN之间变化, 接地相对地电压只是降低, 而并不为零。

非接地相B相对地电压UBd在相电压UBN线电压UBA之间变化, 其始端沿着图4中半圆Nd A运动。在一定范围内, A相发生接地故障, 非接地相B相对地电压是降低的, 而接地相A相对地电压也不是最低的。因而不能用对地电压最低作为判断接地相的判据。超出一定范围, 非接地相B相对地电压会升高, 但不会超过线电压。

非接地相C相对地电压Uvd在相电压UCN线电压UCA之间变化, 其始端同样沿着图4中半圆Nd A运动, A相发生接地故障, 非接地相C相对地电压总是升高的, 一定范围内, 非接地相C相对地电压会升高, 甚至会超过线电压。

综上所述, 当发生A相发生接地故障时, 非接地相C相对地电压UCd总是大于接地相A相对地电压UAd, 也大于非接地相B相对地电压UBd, 由此可以得出, 当发生单相接地故障时以正相序 (A→B→C→A) 为基准, 相对地电压最高的下一相为接地故障相。

单相接地故障是配电网中出现频率最高的故障, 发生单相接地故障时, 故障电流很小, 90%以上的单相接地电弧都能够自行熄灭;三相线电压依然对称, 不影响对负荷连续供电, 规程规定可以继续运行1~2h。但是, 系统带单相接地故障运行时, 故障相对地电压降为0, 非故障相电压可升高为线电压, 由此引起的过电压会危害电网的绝缘水平, 可能导致短路故障使事故扩大, 影响安全可靠供电, 因此需要尽快排除故障。

3 事故分析

结合以上分析可以得出以下简单判据:

当出现电压互感器单相高压熔断器熔断故障相电压降低, 但不为零, 非故障相电压正常有零序电压。当出现电压互感器单相低压熔断器熔断, 一次侧电压正常, 与高压熔断器熔断不同在于一次三相电压仍平衡, 没有零序电压, 其他现象则相同。

当出现单相接地时, 如果是金属性接地, 其中一相与大地同电位, 电压为零, 其他两相电压数值上升为线电压, 则电压为零的相为故障相如果是非金属性接地, 一相电压降低但不为零其他两相升高但不相等, 其中一相略高于线电压, 则电压降低相为接地相。

结合以上分析归纳的电压不平衡时故障判别如表1所示。

我公司下属某110kV变电站35kV系统曾发生过类似电压不平衡现象, 根据后台监控机告警情况, 依据当时的故障信息, 并结合上述电压不平衡时故障判别简表, 变电运行人员迅速判断出不是接地故障, 而是电压互感器高压熔断器C相熔断。

4 结语

本文介绍了两种主要的电压不平衡现象分析了不平衡现象产生的原因, 为运行人员进行准确的判断和及时的故障处理提供了参考, 对于运行中的故障分析也具有一定的指导意义。

此外, 设备运行过程中, 应分析各种电压不平衡情况, 做到分析判断准确、处理及时, 才能保证设备的安全运行。对接地不消失的情况, 运行人员应引起充分注意, 否则会认为是误发信号而造成误判断而延误了故障排除, 影响安全、可靠供电。

摘要：在变电站运行中, 为保证供电可靠性, 35kV电网采用中性点不接地系统, 对于中性点不接地系统, 变电运行人员经常会遇到一些电压不平衡的情况。如果对这方面异常认识不足, 往往会因为电压不平衡而误认为接地情况者, 找不到问题之所在, 做了很多无用功, 另一方面也可能因为未能及时找到接地点, 而引起事故扩大。

关键词：小电流,接地系统,电压互感器

参考文献

电机电流不平衡篇4

2012年7月21日20时50分, 变电运维人员在220 k V某变电站内夜间设备巡视期间, 远距离发现35 k V 1号电容器设备区内有亮光, 进一步检查发现该处有弧光放电现象, 运维人员立即汇报当值值班调度员, 拉开1号电容器314断路器, 放电拉弧现象立即消失, 晚上通过近距离观察并没有发现故障点。第二天早上再次进行特殊巡视检查发现314-3隔离开关闸口颜色有异常变化, 怀疑是放电造成, 运维人员及时将检查后的情况汇报地调当值值班调度员, 然后运维人员做好检修安全措施后, 等待检修技术人员做进一步确认处理。

2故障隔离断路器的接线方式

该220 k V变电站的35 k V部分的接线方式是双母线带旁路的一次系统接线方式, 电容器的一次系统接线方式如图1所示。故障时的运行方式是:35 k V 1号电容器314断路器运行于35 k V 1号母线 (为室内设备) , 经电力电缆连接到室外314-3隔离开关及整个电容器组。

该220 k V变电站的35 k V电容器保护功能有:过流Ⅰ段、过流Ⅱ段、过压、低压、不平衡电流保护, 保护定值和控制字如表1所示。电流互感器TA变流比为600/5, 该电容器、电抗器、电容器负荷侧314-3隔离开关皆为室外设备。

电容器组中电容量不平衡保护主要用于保护电容器内部故障。当电容器内部故障, 使电容装置的任一个电容器发生击穿时, 引起的过电压及过电流幅值一般都不大, 不会引起电压保护和电流保护动作跳闸, 但引起的电压变化会使电容器组某一串联段上电容器的运行电压超过1.1倍的额定电压, 而超过1.1倍额定电压是不允许长期运行的, 所以需要电容量不平衡保护来跳开断路器, 从而达到保护电容器, 隔离故障点的作用。

一般情况下, 电容器不平衡电流动作有以下原因:电容器组三相电容量不平衡;电网电压三相不对称平衡;三相放电线圈性能差异。

3检修处理过程

该变电站电容器曾经多次发生过不平衡电流动作, 历时一年之久。2009年8月8日经过红外线测温发现电容器、电抗器温度都正常, 只是314-3隔离开关V相动静触头处有点发热, 温度为52℃。这也是一个老式的隔离开关, 型号是GW5-35GW, 额定电流为630 A, 山东某高压断路器厂生产, 1999年11月出厂, 当时的负荷电流有150 A左右。

2012年7月22日检修人员到达现场, 经过详细检查发现, 该隔离开关动静触头烧毁, 动静触头间有烧熔现象, 触指与动触头间烧伤严重, 检修人员拆除烧毁的动静触头进一步检查发现, 隔离开关触头帽内触指压紧弹簧锈蚀严重, 无压紧触指的弹性, 致使隔离开关动静触头接触不良, 接触直流电阻过大, 造成发热, 触头进一步氧化, 致使接触电阻更大, 以至于造成上面提到的拉弧放电现象, 烧毁触头。检修人员经过更换触头后电容器运行一切正常, 再没有发生断路器不平衡电流动作的现象。

4事故的分析与思考

在运行中因接头发热而使电容器组退出运行的故障时有发生, 这是因为电容器一旦投入就以额定电流满载运行。在电容器施工中如果存在接头压接不实、设备接头松动、接点接触不良等问题, 就会引起接头发热, 使电容器组不能正常运行。

如果在运行当中及早发现故障, 及早处理, 是完全可以避免这次事故发生的。从这次事故中可以引起一些思考。

(1) 该电容器不平衡电流动作多次, 并历时一年之久, 变电运维人员在设备巡视中曾经发现过隔离开关发热的成像图, 但是汇报设备缺陷后, 没有引起有关人员的重视, 致使运行3年后发热越来越严重, 最后导致隔离开关烧毁。

(2) 隔离开关的压接弹簧压接不紧, 在设备运行中运维人员是很难发现的, 但是近几年的预防性试验在测量直流电阻的项目中应该能够发现, 实际情况是由于疏漏, 没有发现。

(3) 管理人员不重视、预防性试验报告审核不认真, 这也是发生这次事故的原因之一。

5防范措施

通过这次隔离断路器动静触头烧毁而造成电容器不平衡电流动作的事故分析, 我们在以后的工作中要重点做好以下几个方面的防范措施。

(1) 定期进行电容器组不平衡电流的实测工作, 当测量值大于电容器组不平衡电流告警定值的20%时, 应查明原因, 及时进行检修处理。

(2) 运行中应保证电力电容器在不超过额定电流30%的工况下运行, 三相不平衡电流不应超过±5%。当发现超过上述数值时, 应及时查明原因处理。

(3) 运行中应特别关注电容器组不平衡电流值, 当确认该值发生突变或越限告警时, 应尽早安排电容器组检修。

(4) 加强对预防性试验报告的审核工作, 选用具有实际工作经验、责任心强的员工进行试验报告的审核管理工作。

三相不平衡电流补偿控制器的设计篇5

随着电力电子技术的发展,电网中冲击性、非线性负载不断增加,使得电网功率因数低、三相不平衡、高次谐波放大等电能质量问题日益严重[1]。系统三相不平衡度如果超过一定范围,将会影响系统的安全运行,产生的负序电压和负序电流将导致旋转电机发热和振动,变压器漏磁增加和局部过热,电网线损增大及各种保护和自动装置误动等等。不平衡电流可以分解为正序、负序和零序的电流分量,因此会对计量仪表的精度产生影响。对于三相不平衡电流,通常采取的解决办法是尽量合理地分配负荷,但是由于各用户的负荷量不一致且用电的时间不一致,因此不能从根本上解决问题。

本文专为三相四线的低压供电系统设计的不平衡补偿装置不但可以将三相的功率因数均补偿到0.9以上,而且可以将三相间的不平衡有功电流校正到合理范围内。

1 不平衡补偿算法

设系统各相的有功功率和无功功率分别为Pa、Pb、Pc和Qa、Qb、Qc,实际系统负荷部分是由∆接线形式和Y接线形式组合而成,其有功功率和无功功率是由两部分联合产生的,但各自的实际比例并不确定[2]。

假定参数Qx,得到如下的补偿公式:

公式中QΔab表示A相与B相间的无功补偿值,QbΔc表示C相与B相间的无功补偿值,QcΔa表示A相与C相间的无功补偿值,aQY表示A相与零线间的无功补偿值,bQY表示B相与零线间的无功补偿值,cQY表示C相与零线间的无功补偿值。

不平衡无功补偿的原则是[3,4]:

(1)只补偿电容;

(2)尽量使三相功率因数接近1,三相有功电流平衡;

(3)在满足上述条件基础上,尽量减小电容的使用数量。

在满足上面三个条件下,根据实际电容分布情况调节Qx,达到无论在补偿效果上还是电容器配置上都是最优。

2 控制器硬件设计

2.1 系统主控芯片Freescale 56F807的功能

Freescale 56800系列DSP是16位定点的DSP芯片,集实时信号处理能力和控制外设功能于一身,关键部分采用双哈佛结构,支持并行处理,在80 MHz时钟频率下可达到40兆条指令/s(MIPS)的指令执行速度,JTAG/On CE程序调试接口,允许在系统设计过程中随时进行调试,并可对软件进行实时调试。

2.2 硬件设计

硬件设计上从实际情况出发,采用点阵式的液晶显示器、全中文和图形化的界面,控制器内部的高精度实时时钟保证在断电的情况下正常走时10年,交流电和电池两种供电模式能够保证在停电的情况下控制器正常工作3~4个小时。硬件电路主体分为三个部分:控制板、通讯板和驱动板。

控制板提供人机界面处理、读取实时时钟、校时、控制信号输出以及电容器智能控制等功能,控制板原理框图见图2所示。

通信板提供对控制器远程控制的GPRS模块,RS485接口,以及本地的RS232接口,通信板原理框图见图3所示。

驱动板提供驱动输出,通过控制板的控制信号驱动智能复合开关,控制电容器组的投切。驱动板的原理框图见图4所示。

3 控制器软件设计

软件代码采用C语言和DSP芯片相关汇编语言混合编写,控制器软件主要包括下面几个功能模块:底层驱动模块,计算模块,保护模块,电容器投切控制模块,A/D模块,人机交互模块和通信模块等。其中A/D模块采用的是抗谐波电能计量芯片ADE7758。

电容器的分组的具体方法比较灵活,一般希望能组合产生的电容级数越多越好,但是综合考虑到系统复杂性以及经济性问题,可以采用二进制的方案,即采用k-1个电容值均为C的电容和一个电容值为C/2的电容,这样的分组法可以组合成的电容值为2k级[5]。

主程序是整合几个模块进行处理及响应中断,主程序流程图见图5。

4 控制器的测试

对控制器性能进行测试。测试的内容包括:

(1)控制器是否能够将电力系统中的电压、电流、功率因数和无功功率等参数正确显示和测量。

(2)验证控制器是否能够正常的对电力系统状况进行判断,正确地投切电容器。

(3)验证控制器的其他功能是否正常,如通信、时钟等功能。

5 实验数据分析

(1)功率因数:补偿前功率因数平均值为0.6,补偿后功率因数均上升为0.9以上。

(2)不平衡度:补偿前三相不平衡度为13.7%,补偿后三相不平衡度为0.03%。

表1所示为采集到的补偿前与补偿之后的两组数据。

从图6,7中可以看出恰当的选择电容器的接法,就可以达到既补偿功率因数又调整不平衡电流的目的。

6 结束语

使用调整不平衡电流功率因数补偿装置可以取得较好的节能效果,并且零线电流很小,完全符合国家标准关于零线电流不超过变压器额定电流25%的要求,因此在三相严重不平衡的供电系统中具有重要的现实意义。

参考文献

[1]王永民,景有泉,王涛.基于电容器跟踪投切的无功补偿装置控制分析[J].电源世界,2006,(1):29-33.WANG Yong-min,JING You-quan,WANG Tao.Control Analysis of Var Compensator Based on Switched Capacitor[J].The World of Power Supply,2006,(1):29-33.

[2]Lee San-Yi.On-line Reactive Power Compensation Schemes for Unbalanced Three Phase Four Wire Distribution Feeders[J].IEEE Trans on Power Delivery,1993,18(4):1928-1965.

[3]谢连富,单铁铭.不平衡电流无功补偿方法的研究[J].继电器,2006,34(9):76-79.XIE Lian-fu,SHAN Tie-ming.Research on Unbalanced Reactive Current Compensation Method[J].Relay,2006,34(9):76-79.

[4]Lee S Y.Wu C J.Reactive Power Compensation and Load Balancing for Unbalanced Three-Phase Four-Wire System by a Combined System of an SVC and a Series Active Filter[J].IEEE Proceeding Electric Power Apply,2000,(6):563-568.

电机电流不平衡篇6

差动保护作为变压器、电动机、母线及短线路等元件的主保护, 具有选择性好、灵敏度高等一系列优点。这几种差动保护原理是基本相同的, 但变压器差动保护还要考虑到变压器接线组别、各侧电压等级;电流互感器 (TA) 变比、极性;励磁涌流等因素的影响。所以同其他差动保护相比, 变压器差动保护实现起来要更复杂一些, 本文就深入分析了这几方面如何产生不平衡电流的原因, 结合实际工程应用, 探讨差动保护避免不平衡电流的技术措施。

1 差动保护的基本原理

差动保护要考虑的一个基本原则是要保证正常情况和区外故障时, 用以比较的变压器高、低压侧电流幅值是相等, 相位相反或相同, 从而在理论上保证差流 (不平衡电流) 为0[1]。

流过差动继电器KD的电流 (不平衡电流) 为:

分别为变压器高压侧、低压侧TA二次线圈中流过的电流, 参考方向为母线指向变压器。

理想情况下, 被保护对象 (变压器) 正常运行或外部短路时, 流入继电器的电流为零, 当变压器内部发生短路时, 方向相同, 流入继电器的电流大于差动保护动作电流, 保护动作。因此, 差动保护可靠动作的关键在于流过差动线圈的不平衡电流。

2 不平衡电流产生的因素及影响

2.1 变压器电压等级、绕组接线方式对不平衡电流的影响

电力系统中带负荷调整变压器分接头是调节系统电压的重要手段。改变调压档位实际上就是改变变压器的变比[2]。变压器变比的归算方法是按照额定或实际最有可能运行的电压来计算的, 这样分接头位置改变后, 会导致不平衡电流的产生。

变压器不同的接线组别, 除Y/Y或△/△外, 都会导致变压器高低压侧电流相位不同。如Y/D-11, D侧电压、电流相量超前Y侧30°, 造成主变TA二次侧电流相量差并不为零, 形成不平衡电流。对于接线组别带来的影响, 可通过外部TA接线方式来解决。当主变为Y/△接线时, 高压侧TA二次采用△接线, 低压侧TA二次采用Y接线, 由保护TA完成相角的归算同时消除零序电流分量的影响。

电流由变压器高压侧传变到低压侧时, 相位前移30°。低压侧TA接成Y/Y, 角度没有偏移。高压侧TA接成Y/△, TA二次侧比一次侧 (也即变压器高压侧) 相位也前移了30°。这样就保证了高低压侧TA的二次电流同相位。同时, 高压侧TA接成Y/△后, 电流幅值增大了3倍。向量图见图1。

对于微机保护实现的方法和计算的精度有了很大提高。变压器高、低压侧TA都是采取Y/Y接线, 相角归算由内部程序完成, 再通过电流矢量相减消除相角误差。

2.2 TA对不平衡电流的影响

2.2.1 TA极性判别

为保证差动能够正常动作, 变压器TA必须采用同名端接线。在实际工程中, 由于差动TA极性不对而导致差动保护误动的事情时有发生。因此工程中差动保护的接线, 首先要注意TA的极性。现场一般采用如下的方法进行判断: (1) 把TA一次看作负荷, 根据电流从L1或L2流入或是流出来判断电位; (2) 把TA二次看作电源, 根据L1、L2的电位判断K1、K2的电位, 电流由高电位端流出, 低电位端流入。

测试人员在变压器TA处, 按照某个电流方向 (一般按正方向来) 用电池组一极固定, 一极间断点击的方式给TA一次施加电流, 同时观察TA二次接入电流表指针偏转的方向。反复几次, 即可判断出TA的极性, 如果一次施加的是正方向电流 (电流从L1流进L2流出) , 电流表 (电流表正极接K1, 负极接K2) 指针会先正偏, 马上返回, 因为TA电感线圈储能后反向放电的过程, 指针会反偏。以上现象判断TA的L1和K1为同名端。

发电机起动运行后可以通过保护装置采样值来判断TA的极性, 这似乎大大方便了调试人员在现场的工作, 但值得注意的是, 空载或小负荷运行电流很小, 采样值来判断TA极性会有很大的误差, 电流达到0.3 A以上时可以准确判断, 但是如果TA极性接反, 差动保护就会动作, 所以一般现场必须按照图2的方法检查所有TA的极性及其回路。

2.2.2 TA的计算变比与实际变比不一致

变压器高、低压侧电流不相等, 为保证差流为零, TA的变比应按照下式选择:

IIN、IIIN分别代表变压器一次侧、二次侧的额定电流。

国家规定TA采用标准变比, 实际采用的TA变比可能与该计算值不等, 从而造成二次侧电流相减结果不等于零。同时在实际的工程中, TA即使型号匹配, 也可能因为误差造成不平衡电流, 影响保护的可靠性。这种不平衡电流一般是利用中间变流器的平衡线圈进行磁补偿[3], 如图3所示。

通常在中间变流器的铁心上绕有主线圈即差动线圈Wcd, 接入差动电流, 另外还绕一个平衡线圈Wph和一个二次线圈W2, 接入二次电流较小的一侧。适当选择平衡线圈的匝数, 使平衡线圈产生的磁势能完全抵消差动线圈产生的磁势, 则在二次线圈W2里就不会感应电势, 因而差动继电器中也没有电流流过。采用这种方法时, 按公式计算出的平衡线圈的匝数一般不是整数, 但实际上平衡线圈只能按整数进行选择, 因此还会有残余的不平衡电流存在, 这在进行纵差保护定值整定计算时应该予以考虑。

2.2.3 TA的型号及饱和特性

虽然现场对差动保护用TA的选型一般都是要求变压器各侧是同型号, 但因为变比和容量都有差别, 致使TA的特性也不尽相同。因此当区外故障穿越性电流增大, 可能导致TA饱和, TA饱和特性不一致, 造成不平衡电流增大[4]。为了消除不平衡电流通常采用带速饱和变流器的差动继电器, 能有效克服暂态过程中非周期分量的影响。根据速饱和变流器的磁化曲线可以看出, 周期分量很容易通过速饱和变流器变换到二次侧, 而非周期分量不容易通过速饱和变流器变换到二次侧。因此, 当一次线圈中通过暂态不平衡电流时, 它在二次侧感应的电势很小, 此时流入差动继电器的电流很小, 差动继电器不会动作。

2.3 励磁涌流的影响

变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时, 出现的励磁涌流其数值可达变压器额定电流的6~8倍。励磁涌流会形成差动回路的不平衡电流, 并将使差动保护误动作。励磁涌流中含有大量的非周期分量和高次谐波分量[2], 其中以二次谐波分量为主, 波形中还会出现间断角。为了防止励磁涌流对差动保护的影响, 根据保护设计方案的不同大致有如下解决方法: (1) 谐波制动原理; (2) 波形判别原理; (3) 间断角闭锁原理。

2.3.1 谐波制动原理

采用三相差动电流中二次谐波与基波的比值作为励磁涌流闭锁判据, 即:I2>K2b·I1。

其中I2为每相差动电流中的二次谐波, I1为对应相的差流基波, K2b为二次谐波制动系数整定值。当I2与I1的比值大于K2b时, 可靠制动差动保护;当等于或小于K2b时, 差动保护动作。

2.3.2 波形判别原理

采用三相差动电流中的波形判别作为励磁涌流识别判据, 内部故障时有如下表达式成立:

其中S为差动电流的全周积分值, S+为差动电流的瞬时值与差动电流半周前的瞬时值的全周积分值, Kb为某一固定常数, St为门槛值, Id为差电流的全周积分值, α为某一比例常数。

当发生励磁涌流时以上波形判别关系式不成立, 差动保护不会误动。

2.3.3 间断角闭锁原理

间断角闭锁原理的变压器差动保护采用的判据:

间断角θd≤65°

波宽θw≥140°

若间断角θd>65°, 则认为是励磁涌流, 而非变压器内部故障, 此时立即闭锁比率差动继电器, 以防止其在变压器空载合闸和外部故障切除电压恢复过程中误动;若波宽θw≥140°, 并且间断角θd≤65°, 则短时开放比率差动继电器, 一旦θd>65°, 则立即闭锁比率差动继电器。

3 结论

本文从变压器差动保护的基本原理入手, 着重分析了变压器电压等级、绕组接线方式, 电流互感器同名端、饱和特性, 以及励磁涌流等三个方面产生不平衡电流的原因, 就如何避免不平衡电流产生探讨了相应的措施, 在实际工程具有一定的实用价值。

参考文献

[1]王维俭.电力系统继电保护原理[M].北京:清华大学出版社, 1991.

[2]魏勇刚.主变差动保护不平衡电流产生及应对措施[J].四川电力技术, 2005 (5) :28-29.

[3]廖婉婷.变压器纵差保护原理及不平衡电流分析[J].广西电业, 2007 (7) :72-73.

电机电流不平衡篇7

为适应电力科技的发展需求和满足电力传输的需要,同杆并架输电线路越来越多,但是由于导线与导线之间存在着电磁和静电的耦合关系,随着电压等级的升高,换位所遇到的困难也越来越多,同杆架设难以实现完全换位,不能减少线路参数的不平衡,导致了线路出现明显的电流不平衡现象,从而引起发电机跳闸或阻止发电机并网进而造成大面积停运。因此,本文以黑龙江电网某220 kV电厂出线为研究对象,调度中心配合调整电网运行方式,现场实测不同方式下该同塔双回全程不换位输电线路的电流、电压情况,利用软件建模仿真,对同塔双回导线所有可能的21种排列方式进行计算,得出较优的排列组合,以为电网规划、运行、生产实践提供重要的技术支持。

2Matlab仿真建模

2.1功能简介

MATLAB是矩阵试验室的简称,集数值分析、矩阵运算、符号运算及图形处理等功能于一体,且包含一系列规模庞大、覆盖不同领域的工具箱,主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

MATLAB进行数值计算的基本单位是复数数组,使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域问题时都非常方便。利用MATLAB的命令窗口,可以轻松完成较为简单的运算,也可以进行编程计算,而且程序编写不需要事先定义变量。MATLAB编程语言简洁紧凑,使用方便灵活,库函数丰富。

Simulink是MATLAB最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点。其次,Simulink也是MATLAB的一种可视化仿真工具,是一种基于MATLAB的框图设计环境,是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包,被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。

2.2建立数学模型

MATLAB环境下的Simulink是用于对复杂动态系统进行建模和仿真的图形化交互式平台,运行于Simulink下的Simpower System工具箱是用微分方程刻画的电力系统动态过程的电力系统仿真工具箱。

研究对象为一单机无穷大系统,其中发电机带有合适的励磁系统,用MATLAB环境下的Simulink对该系统进行仿真。仿真系统简化图如图1所示。

3互感引起电流不平衡的实测与仿真

3.1两平行导线间的互感

设两导体的半径均为r,长度为l,轴线间距离为D。如图2所示。

当导线1通以电流i时,所产生的外部磁通在离轴线距离为D-r处开始与导线2部分地交链,直到距离大于等于D+r才与整个导线2交链。由于导线半径远远小于导线之间的距离,因此,为了便于计算,就可以略去从D-r至D这一部分磁通,而认为导线1的外部磁通从导线2的轴线开始即同整个导线2交链。磁导率认为等于真空磁导率μ0。这样,在距离导线轴线x处,利用电磁感应基本公式可以得到导线1的电流i对导线2产生的总互感磁链为

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当l≥D时,则有

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于是导线1对导线 2每单位长度的互感等于导线 2对导线 1的互感,即为

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同塔双回线路在实际运行中,正是由于这种互感的作用,引起了电流不平衡现象。

3.2实测数据

3.2.1 正常运行方式

实测正常运行方式下电厂220 kV母线电流及线路电流不平衡情况如表1所示。

3.2.2 乙线停运,甲线运行方式

当乙线停运,甲线运行的方式下,实测电厂母线电流及线路两侧不平衡情况如表2所示。

3.2.3 甲线停运,乙线运行方式

当甲线停运,乙线运行的方式下,实测电厂母线电流及线路两侧不平衡情况如表3所示。

同塔双回线路单回运行方式与双回同时运行的正常方式比较,线路电流的不平衡度具有明显改善,由此可排除电厂北母线参数、群林变Ⅱ母线参数、单回线路参数对线路电流不平衡的影响。

3.3线路分布参数

甲乙线导线型号为2×LGJ-400/35,长度43 km,地线型号OPGW,下导线对地距离14 m,塔头尺寸如图3所示。

由图3可计算出各相之间的距离,由于导线之间会产生电磁和静电耦合关系,因此,利用相间距离可得同塔双回输电线LC矩阵参数[1,2],如表4所示。

电感L矩阵 (H/km):

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电容C矩阵 (F/km):

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3.4实测与仿真结果对比分析

3.4.1 实测数据

正常运行条件下,甲、乙线的相位差如表5所示。

3.4.2 仿真数据

正常运行条件下,甲、乙线A、B、C三相相位差曲线(横坐标为时间,纵坐标为角度)如图4所示。

甲、乙线A、B、C三相实测与仿真结果均为B相偏差最大、A相次之、C相偏差最小,说明所建立的数学模型能够真实地反应线路实际情况。

3.4.3 计算同塔双回线21种导线排列方式

在导线三相送电及同塔双回架设条件下,导线具有21种排列方式[3]如表6所示,本节介绍甲、乙线在不同的排列方式下,双回线路的相位差,即甲线A相与乙线A相、甲线B相与乙线B相、甲线C相与乙线C相相位差,仿真结果如图5所示。

3.4.4 21种导线排列方式的负序电流

通过MATLAB计算得出每种导线排列方案对应的负序电流,从图6可以看出:21种导线排列方式中,方案1、9、14的电流不平衡度较小。

4结论

本文针对同塔双回线路的电流不平衡问题进行了深入的研究,并通过现场实测与仿真数据进行对比,首先证明了模型的正确性,继而为改善这种不平衡问题,对全部21种同塔双回线路的导线排列方式分别进行了计算,得出优化的导线排列方式,总结出了同塔双回线路更合理、更稳定的导线架设方式,其对电网供电可靠性的提高具有深远意义。

参考文献

[1]陈衍.电力系统稳态分析(第2版)[M].北京:中国电力出版社,1995.

[2]郝红伟.MATLAB6实例教程[M].北京:中国电力出版社,2001.

电机电流不平衡篇8

高压直流输电技术以技术上、经济上的独立优势,在远距离输电、海底电缆输电、地下电缆输电及电力系统联网工程中得到较大发展。但是,高压直流输电线路两侧的换流装置需要吸收大量无功[1],并且运行时在交、直流两侧产生的大量谐波会恶化电能质量、干扰通信系统,因此需要安装相应容量的交流滤波器以补偿无功功率和抑制交流侧谐波。

1 交流滤波器的工作原理

常规双调谐滤波器即无源电力滤波器的主要作用是滤除交流侧谐波电流和向换流器提供部分基波无功。其主体是电容器,一般是由多台电容器单元按一定要求并联或并、串联组成的电容器组,等效电路如图1所示。

由图1可知,谐波电流流入系统的分量为:

谐波电流流入滤波器的分量为:

根据原理可知,交流滤波器的工作目标是使IN尽可能小,使IF尽可能大。

2 无功补偿与交流滤波的关系协调

无功补偿要求所需投入的交流滤波器数量应大于滤波性能要求必须投入的交流滤波器数量,交流滤波器稳态额定值要求所需投入的交流滤波器数量最少。在实际运行中,交流滤波器的投入由无功补偿和无功平衡控制来决定。交流滤波性能要优于滤波器设计性能;交流滤波器元件承受的应力要小于交流滤波器稳态额定值计算所要求的元件额定值。

利用交流滤波器控制换流站交流母线电压时,可能会出现交流滤波器投入数量减少现象,此时应由控制保护系统中的最少滤波器保护来处理滤波要求。当交流滤波器数量减少到低于滤波性能要求时,控制保护系统将给出达到最少交流滤波器数量的报警信号。当交流滤波器数量进一步减少并达到交流滤波器稳态额定值设计要求时,控制保护系统将给出报警、减功率或停运信号。

3 交流滤波器不平衡保护分析

经过优化组合的电容器组正常运行时,流过接线桥差回路的不平衡电流近似为零。交流滤波器个别电容器故障(击穿)后,将处于继保设备严格监控之下。当故障发展到危害其它电容器安全,特别是危害系统安全时,继保设备将发出报警直至断路器动作切除故障电容器。电容器故障时,流过接线桥差回路的电流开始上升,使交流滤波器产生不平衡电流。一旦在运交流滤波器组不平衡电流偏大,就需要进行手动补偿或处理。

交流滤波器不平衡保护定值分为3段,I段作用于报警,II段、III段作用于跳闸。不平衡保护定值见表1,Z11~Z14为交流滤波器组。

4 不平衡电流补偿原则

(1)将补偿值定在III段报警定值的50%以下。对于Z11、Z13,补偿前真实值在100mA(有效值)下才进行补偿;对于Z12、Z14,补偿前真实值在80mA(有效值)下才进行补偿。每次补偿均要记录A/B系统的真实值和OWS显示值。

(2)在电容器故障处理过程中,更换漏油、超标电容器后进行桥臂平衡调整,使电容器不平衡电流实际值达到40mA以下。

(3)补偿值为矢量,具有方向性。若补偿值较大,则需在桥臂调整后申请退出临时相关保护,以防误动。

下面分析桥臂电容值与不平衡电流的函数关系。并联电容器示意图如图2所示。

假设高压侧桥臂1只电容器故障,不平衡电流为i5。若i5为负,则其方向与图示相反。基波频率为f,根据电压、电流、电容间的关系,可得出以下关系式。

节点3的电流为:

高压侧桥臂1只电容器故障时,桥臂电容值与不平衡电流的关系为:

5 不平衡电流补偿方法

OWS上出现交流滤波器不平衡报警时,打开软件页面,查看A/B系统电流实测值与OWS显示值间的差别。若差值较大,则应在合适时机测量交流滤波器电容值,对超标电容器进行更换处理。故障电容器更换后再次投运前,需对A/B系统进行补偿;若不平衡电流实测值较小,OWS显示值较大,则补偿。

(1)查看交流滤波器不平衡电流实测值(峰值),可通过如下文件进行。