消除铁磁谐振措施

消除铁磁谐振措施（通用6篇）

消除铁磁谐振措施 篇1

铁磁谐振是由铁芯电感元件, 如发电机、变压器、电压互感器、电抗器、消弧线圈等和系统的电容元件, 如输电线路、电容补偿器等形成共谐条件, 激发持续的铁磁谐振, 使系统产生谐振过电压[1]。过电压造成励磁电流剧增, 有时可达额定电流的几十倍, 持续时间较长, 就会造成熔断器的熔断, 设备的烧损或爆炸, 乃至大面积停电事故[2]。

1 中性点不接地系统中铁磁谐振的产生原理

如图1所示, 电源变压器中性点不接地, 为了监视绝缘, 电压互感器的一次绕组中性点直接接地, 其励磁电感分别为LU、LV、LW, 与其并联的电容C0代表该相导线和母线的对地电容。C0与励磁电感并联后的导纳为YU、YV、YW。

在正常运行条件下, 励磁电感LU=LV=LW, 故YU=YV=YW, 三相对地负载是平衡的, 中性点电位为零。

当电网中发生冲击扰动, 例如电源合闸至空母线使互感器一相或两相出现涌流现象, 或线路瞬间单相弧光接地 (或熄弧) 后, 健全相 (或故障相) 电压突然升高也会出现很大涌流, 造成该相互感器磁路饱和, 励磁电感L相应减小, 这样三相对地负荷就变得不平衡, 中性点出现位移电压, 其值为

式中:为中性点位移 (对地) 电压;

在正常运行情况下, 由于电压互感器励磁阻抗很大, 各相导纳呈现容性, 而扰动结果使V相和W相电感即LV和LW减小, 电感电流增大, 可能使V相和W相导纳变成感性, 构成如图1 (b) 所示的等值电路图, 感性导纳和容性导纳相互抵消, 使总导纳YU+YV+YW显著减小, 位移电压E0大为增加, 如果参数配合适当, 总导纳接近于零, 就产生了串联谐振现象, 中性点位移电压将急剧上升[3]。引起电磁式电压互感器励磁电流急剧上升等, 即铁磁谐振现象。

2 常见的铁磁谐振过电压现象

2.1 运行开关操作引起的铁磁谐振

在中性点不接地系统中运行的接地电压互感器, 其每相绕组和线路每相电容并联, 形成并联谐振回路, 在暂态激发的条件下, 如开、合闸, 倒闸操作引发电流、电压的冲击扰动, 就有可能发生铁磁谐振。当PT发生谐振以后, 铁芯里产生零序磁通, 这个磁通在开口三角线圈里感应出零序电压, 现行的PT铁芯截面积小, 一般运行在励磁曲线的饱和点以下, 一般在线电压下就饱和了, 导致PT的感抗XL严重下降, 这样就和线路或母线对地电容XC组成了谐振回路。

2.2 不对称接地故障引起的铁磁谐振

在中性点不接地系统中, 当发生单相接地故障时, 电网电压、相位维持不变, 故障相电压下降为近似零值, 非故障相上升为额定电压近似值的1.732倍, 当系统接地故障消除后, 非接地相在过电压期间, 由于线路电容的作用, 已对线路充入电荷, 这部分电荷在中性点不接地系统中, 只能对电压互感器的高压绕组电感线圈放电, 而流入大地, 在这个电压瞬变过渡过程中, 非接地相电压互感器一次绕组励磁电流突然出现数倍于额定电流的峰值电流, 可将一次电压互感器保险熔断甚至烧毁PT。另外除三相电压互感器外, 其余的主变、配变中性点均不接地, 当系统发生一个周波重燃多次的弧光断续接地时, 电压互感器成为系统对地放电的通道。其放电电流可达2A左右, 是一般电压互感器一次额定电流200倍左右, 这样重燃多次断续放电, 可能造成电压互感器因剧烈发热而烧毁。

2.3 串联谐振

串联谐振的现象:线电压升高、表计摆动, 电压互感器开口三角形电压超过100V。输电线路中的导线断落、断路器非全相运行以及熔断器的一相或两相熔断也可能使系统中的电感、电容元件形成串联谐振回路, 其中电感一般是指空载或轻负载变压器的励磁电感等, 电容一般是指导线的对地和相间电容, 或电感线圈的对地杂散电容等。因此, 在中性点不接地的系统网络中, 断线谐振出现的频率非常高, 并且会造成各种严重后果。而且由于铁芯的磁饱和引起电流、电压波形的畸变, 即产生了谐波, 使谐振回路还会对谐波产生谐振。

3 消除铁磁谐振的措施

为了限制和消除这种零序性质的谐振过电压, 采用下列措施将取得显著效果。但根据某高校仿真研究结果, 任何措施都有一定局限性, 不是绝对可靠的, 采用时应予以注意。

3.1 在剩余电压绕组开口三角端子并接一个电阻R或加装专用消谐器。

在电网正常运行时, 开口三角绕组端口基本无电压, 如果在端口上接入电阻R, R不消耗能量, 当系统因单相接地故障而发生中性点偏移时, 开口三角绕组端口出现电压, R消耗能量, 而且R值越小, 消耗能量越多, 限制谐振的作用越明显。如果R=0, 即开口三角绕组被短接, 相当于电压互感器T型等值电路的二次侧短路。

3.2 将互感器高压侧中性点经高阻抗 (零序互感器或可变电阻) 接地。

在三相电压互感器高压侧中性点串入1台单相电压互感器的高压线圈, 而其低压线圈则串入三相电压互感器低压侧的中性点接地回路中。正常运行时, 三相电压互感器的中性点电位接近0, 单相电压互感器中没有电流流过。当系统内出现一相接地时, 两正常相的对地电压升高1.732倍。但由于三相电压互感器的中性点对地之间串联了1台单相电压互感器的高压线圈, 这样就相当于增加了每一相的励磁电感, 因此铁芯中磁通不会升高到严重饱和的状态[]。能够使电压互感器各相电压保持在正常相电压附近而不饱和, 提高了电压互感器零序励磁特性, 降低电压互感器的一次电流, 同时, 也保持了接地指示装置对零序电压幅值和相位的灵敏度, 是一种比较优越的消谐方法。但是单相电压互感器型号的选取要依据实际情况来选择, 如有观点认为, 应当选取与三相电压互感器变比相等的单相电压互感器。

3.3 将电源变压器中性点经过消弧线圈接地。

在中性点经消弧线圈接地的情况下, 其电感值远比互感器的励磁电感小, 回路的零序自振频率决定于电感和电容, 互感器所引起的谐振现象也就成为不可能。35 KV系统发生谐振时, 可采取此法。需要指出的是, 加装消弧线圈以后, 系统中若发生断线故障或出现纵向不对称电压时, 消弧线圈可能与系统电容和电压互感器励磁电感之间呈现串联谐振状态, 同样可能引起铁磁谐振问题。因此加装消弧线圈抑制铁磁谐振的问题需要针对配电网特点考虑这种可能性。

4 结论

通过以上分析, 中性点不直接接地系统中产生的铁磁谐振过电压会对电力系统造成严重的后果, 因此采用将电压互感器开口三角短接或电压互感器中性点经高阻抗接地等措施可大大减少铁磁谐振的发生, 至于采用何种消谐方法, 应该根据当地系统的实际情况, 结合系统的运行方式, 在充分借鉴和积累的基础上, 分别采取措施, 以达到预期的目的。

参考文献

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[2]李顺福.电压互感器铁芯饱和谐振过电压的分析及预防措施[J].青海电力, 2003.

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[5]黄建硕.铁磁分频谐振过电压的产生、危害及措施[J].电工技术应用, 2007.

消除铁磁谐振措施 篇2

1. 等效电路及其数学模型

中性点接地电力系统铁磁谐振的模型如图1所示[10]。

图1中,e=姨2 Esinωt是50 Hz等效正弦交流电源,R1和R2是电感器铁芯的等效电阻,L为等效非线性电感,C为线路等效电容,各量参考方向如图。

基准值为[11]:对所研究的220 kV系统,三相电压vbase=220 kV,单相电压vbase=127 kV,单相视在功率Sbase=100 V·A,角频率ωbase=314 rad/s,阻抗的基准值为Rbase=16 MΩ,Cbase=1(Rbase×ωbase)=1/(5.06×1010)F。互感器磁链与电流关系由一个三阶代数方程表示如下:

式中:ψ为互感器磁链,此处a=3.42,b=0.41。

对于式(1)表示的非线性电感,可以用分段折线来近似,当|ψ|≤0.5,取i=3.42ψ;当|ψ|≥0.5,取i=8.808 8ψ-4.041 2。

对应于图1,按照图中的参考方向,可以得到电路的状态方程为:

归一化后电路的微分方程为:

可证明,电路至少存在一个以T为周期的解[12]。对于式(2),设其任意2个有界解为:

于是可以得到增量状态方程为:

考虑式(4)的一般形式:

显然,如果式(5)的零解X=0是全局渐进稳定的,即:

则图1所示电路的稳态惟一,即系统的不谐振条件。

2 电路惟一稳态的条件求取[9]

惟一稳态消谐法的基本思想是如果非线性系统存在一个非谐振的正常解,并且该系统具有惟一的稳态,则此时对应的条件就是系统不发生谐振的条件。按照这一方法,对于图1和状态方程(3),大量实验和运行经验表明其有多个稳态解,其中最常见的稳态解,就是没有发生谐振时,对应于系统正常工作状态的稳态解。系统的其他非正常的稳态解,则是由于扰动,引起C与L之间的铁磁谐振造成的稳态解。显然这些非正常的稳态解对于系统是有害的,如果能够使经扰动后的非正常稳态解趋于正常的稳态解,即使系统的稳态解惟一,那就可以达到消除系统铁磁谐振的目的。

为求得系统的惟一稳态,首先给出如下定义:定义1对于2矩阵A=(aij)n×n和B=(bij)n×n,如果aij≥bij,则记A≥B。

定义2[12]对于矩阵A=(aij)n×n如其范数是:

则其测度定义为:

即:

于是,有如下的定理:

定理1,对于式(5),如果μp(A)<0,则式(2)有惟一稳态。

证明:

显然,如果。即式(2)有惟一稳态。证毕。

下面根据定理1,推导消除谐振的条件。对比式(4,5),显然有:

于是,根据定理1,得到图1所示的铁磁谐振电路不发生谐振的条件为定理2。

定理2,对于图1所示电路,其不发生谐振的条件为:

根据文献[6]取参数(均为标幺值)E=1,a=3.42,b=0.41,C=0.5,3.422.0,0

3 数值模拟与讨论

下面取不同的参数,在不同的初始条件下,对电路进行模拟仿真,以检验电路是否发生谐振。初始条件顺序为:磁链、电容电荷、时间、初始条件按文献[6]选定。

通过模拟结果表明,如果电路参数满足定理2的条件,则电路无论在何种初始条件下,虽然经过非常复杂的振荡过程,其稳态都将是惟一的,最终所有解都将趋近正常解,不会出现铁磁谐振,验证了本文给出的条件的正确性。

如下是其中一组数据的振荡过程。初始条件:ψ0=2.4,q0=1.4,t0=0。

4 结束语

本文根据惟一稳态消谐法基本思想,利用矩阵测度,分析了消除中性点接地电力系统的铁磁谐振的参数条件,得到了相应的消谐条件。同时通过数值模拟进行验证,表明结果正确,同时也说明惟一稳态消谐法有效性。

参考文献

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[10]尤秉礼常微分方程补充教程[M].北京:人民教育出版社,1981.

[11]冯平.一种混沌分析与抑制方法及其在电力系统铁磁谐振中的应用[D].沈阳工业大学博士论文,2010.

消除铁磁谐振措施 篇3

2013年6月18日, 500 k V某变电站35 k V B母A相电压互感器后台报警, 二次失压, 运行人员对油箱本体进行红外测温, 对比其他两相发现温度过热 (高出30℃以上, 如图1) , 并有上升趋势且有异常“嗡嗡”声。针对发生的故障, 对故障产品进行解剖。试验发现中间变压器高压绕组击穿, 谐振电容器损坏导致发生铁磁谐振, 进而造成设备故障。

1 解体分析

1.1 电容式电压互感器概述

电容式电压互感器作为一种电压变换装置应用于电力系统, 主要用作电测量仪表及继电保护装置的电压信号取样设备, 它接于高压设备与地之间, 将系统电压转换为二次电压, 电容式电压互感器由一台电容分压器加一台电磁单元组成。其目前主要用途:1) 做电压和电能的计量用;2) 用于继电保护;3) 可同时兼做耦合电容器。电容式电压互感器二次侧绕组用于测量和继电保护, 阻尼元件接在剩余二次侧绕组上[1]。

1.2 解剖及试验结果分析

产品退出运行后, 技术人员对故障产品进行解剖, 主要对电容分压器单元电容量测试、避雷器绝缘电阻测试、中间变压器空载测试、谐振电容器电容量测试、变压器油样分析等。结果见表1。

根据实验结果可判断:先是谐振电容击穿后, 电容量大幅变化, 导致阻尼谐振回路失谐, 引起阻尼电流大幅增加, 造成中压变压器一次绕组电流大增, 温度过高而匝间击穿。击穿后匝内电流更大, 加速温升增高, 使中压变压器的匝间短路并快速扩大, 由于变压器的击穿导致内部介质碳化, 从而导致变压器油绝缘降低。当中压变压器击穿匝数较少时, 中压变压器上的电压基本不变, 而变压器的变比降低, 引起二次电压升高, 当中压变压器的击穿匝数较多时, 中压变压器则会出现铁心饱和, 造成中压变压器阻抗大幅降低, 引起二次电压大幅降低。同时, 产生的谐振过电压导致与补偿电抗器相联的避雷器击穿, 电压升高, 最终导致一次线圈进一步烧灼。

1.3 该产品阻尼失败的原因

阻尼装置的作用是当系统发生过电压时, 防止产生分频和高频的谐波对补偿电抗器及中间变压器等电容式电压互感器内部元件造成损害。该阻尼装置如图2所示。

通过解体分析, 其谐振电容器采用自愈式电容器, 这种电容器在有内部击穿时, 会依靠击穿能量蒸发击穿点周围的金属极板涂层, 快速恢复绝缘。但当击穿点较多或击穿面积较大时, 其自恢复绝缘能力降低, 加速内部介质的击穿直至电容器短路。谐振电容器损坏原因:1) 谐振电容器质量原因, 自愈式电容器内部结构自身缺陷易暴露;2) 系统过电压, 包括工频过电压和操作冲击过电压[2]。

2 铁磁谐振理论分析

2.1 铁磁谐振发生的原因

电容式电压互感器的等效电路中含有电容和非线性电感, 当电容式电压互感器一次侧突然合闸或二次侧发生短路时, 暂态过程产生的过电压使中间变压器铁芯饱和, 励磁电感骤降, 导致使回路的谐振频率上升, 从而可能出现某一分数次谐波谐振。

系统在正常的稳定状态下运行时, 不可能产生严重的的振荡。但当系统发生故障或由于某种原因电网参数发生了变化, 就很可能发生谐振。上述事故由于中间变压器绕组击穿, 导致铁芯饱和, 就形成了非线性电路, 电感会迅速降低。当满足分频铁磁谐振条件时, 便产生分频铁磁谐振[3]。

2.2 谐振产生的后果

电力系统出现铁磁谐振时, 将出现超出额定电压几倍至几十倍的过电压和过电流, 绝缘子、套管等的铁件出现电晕, 严重时将损坏设备。当铁芯饱和时, 电网运行中会引起两种结果:电容和电感上的过电压及串联回路中的过电流, 当电流达到一定数值时, 现场设备直接反应为发热或异常声响。当电容式电压互感器持续发生铁磁谐振时, 异常电流使设备本体温度骤升, 短时设备绝缘老化、设备损坏, 重则引发电网事故。

2.3 改进措施及建议

1) 谐振电容器采用环氧浇注结构, 加大介质厚度, 提高绝缘能力。

2) 在预防性试验时按以下方法测量阻尼回路电流:打开da-d连接片, 测量阻尼器的额定电流, 在100V电压下, 阻尼电流≤1 A, 则阻尼回路正常, 否则谐振电容器可能发生变化。如图3所示。

3) 在巡视中, 定期用红外测量仪测量电磁单元温升的变化。使用期间应经常检查视察窗内油位, 当互感器运行在最高环境空气温度+55℃时, 油位不应超过最高位置;当运行环境在最低-40℃时, 油位不应降低到最低油位[4]。一旦发现油位超过油位视察窗最高或最低位置, 应重点检测互感器电容、温升是否有异常情况。若单节电容器两次实测电容相差1%时, 互感器应退出运行检查。

3 结语

谐振电容器是电容式电压互感器油箱内主要元件, 一旦出现击穿短路等故障, 严重影响电网的安全运行。由于电容式电压互感器生产厂家较多、生产年代不同, 谐振电容器内部结构和材料也有所不同, 尤其是老式谐振电容器, 再设计制造上有较大的安全隐患。因此运行维护中, 更要加强对老式谐振电容器的监测, 发现问题时采取有效措施, 及时处理。

参考文献

[1]电力行业职业技能鉴定指导中心.变压器检修[M].北京:中国电力出版社, 1999.

[2]陈天翔.电气试验[M].中国电力出版社, 1999.

[3]孙增杰, 王铁强, 王海棠.电力系统铁磁谐振分析综述[J].电力设备, 2007 (12) :77-80.

消除铁磁谐振措施 篇4

在电力系统中, 除了电阻元件外, 还有很多电感元件和电容元件, 变压器线圈、电压/电流互感器线圈、消弧线圈等都属于电感元件, 而补偿电容、高压设备的杂散电容等属于电容元件。此外, 线路中不仅存在电阻, 还存在电感和对地电容。由电路知识可知, 在某一回路中, 电感和电容满足谐振条件时会发生谐振现象, 导致阻抗减小, 回路电流增大。在35 k V及以下中性点不接地电网中, 有时会出现铁磁谐振现象, 导致电压互感器熔断器熔断或接地保护误动, 严重时甚至导致PT烧毁。

2 铁磁谐振现象的预防和消除措施

2.1 因系统单相接地故障引起的谐振

在10 k V中性点不接地电网中, 当发生单相接地故障时, 故障相电压为零, 非故障相电压升高到线电压, 根据安全规程, 在这种情况下可以保持电网继续运行2 h。此时, 由于电压升高, 非故障相的电压互感器高压侧一次电感可能会出现铁芯饱和或接近饱和的现象, 导致电感值变小。由于线路每相均存在对地电容, 对地电容与电压互感器高压侧接地一次电感相当于构成了并联回路, 在电压互感器电感值变小的情况下, 这两者极有可能满足并联谐振条件——容抗值域感抗值相等, 形成并联谐振, 导致流过电压互感器一次侧的电流增大, 从而导致高压熔断器熔断或互感器烧毁。虽然在变电站新建投运时这种情况发生得不多, 但随着回路的增加和线路对地容抗的增大, 这种情况则发生得较多。

2.2 操作过程中引起的谐振

在10 k V中性点不接地电网中, 电压互感器高压侧电感都是接地的, 假定L为电压互感器高压侧电感, C为各相对地电容, 线路每相均存在对地电容, 各相对地电容也是接地的, 因此L与C构成了并联回路。在操作过程中, 当出现以下情况时, 极有可能引发铁磁谐振现象: (1) 在三相合闸时, 由于三相触头不同期, 合闸最慢的一相相当于在触头间串联了一个电容, 这时该相有可能与电压互感器高压侧电感构成串联谐振, 导致电流增大。但由于合闸时间相当短, 因此这个过程也很短暂, 通常只是中央信号装置的电铃响一下, 仪表摆动一下, 随着合闸的完成, 此过程结束。 (2) 在合闸过程中出现操作过电压。假定A相出现操作过电压, 由于其电压过高, 电压互感器高压侧线圈铁芯饱和, 感抗减小, 电压互感器高压侧三相阻抗不对称, 导致电压互感器中性点电压偏移, 引发铁磁谐振现象。 (3) 误操作时, 如果带负荷拉开隔离开关或配电变压器的高压跌落保险, 导致隔离开关处产生电弧, 引起线路短路, 进而引发铁磁谐振现象。 (4) 运行人员操作不规范, 在合闸相线路充电操作时, 未拉开电压互感器高压侧开关, 导致直接向空母线送电时出现电压互感器谐振。我局多个变电站在施工验收准备送电时出现过此类现象。

根据铁磁谐振现象出现的原因, 分析了我局变电站谐振现象的性质。当主变投入运行后, 在母线充电的过程中, 先将10 k V电压互感器投入运行, 随后出现谐振现象, 这种情况属于运行人员操作不规范引起的谐振。10 k V母线发生谐振后, 电压互感器发出强烈的噪声, 开口三角有零序电压产生, 三相相电压表指示升高。此时迅速投入一条空载线路, 改变谐振条件, 故障即可消失。

我局在35 k V尚匡变电站技改验收送电时出现过一次谐振现象。当时, 10 k V母线恢复送电后电压正常, 当10 k V尚匡线送电时, 电脑监控屏报10 k V电压互感器3U0出现零序电压告警, A, C相电压指示降低, B相电压指示升高但未超过线电压, 且这三相电压来回波动, 很不稳定, 判断这种情况是因10 k V线路接地引起的。断开10 k V尚匡线开关后, 上述现象消失, 但检查线路时发现并不存在接地现象, 重新送电后又出现此现象。这时检查发现10 k V尚匡线送出后无用电负荷, 验收组重新分析讨论原因。笔者提出尚匡线开关操作机构前期曾更换过, 上述现象可能与真空开关的调整情况和数据有关。经过停电试验发现尚匡线开关数据不合格、开关未合到位, 造成接地假象。开关调整试验合格后送电, 一切恢复正常。

3 消谐实践过程描述

分析了铁磁谐振过电压产生的原因后, 结合实际运行经验, 提出了以下消谐措施: (1) 除了在电源侧为了绝缘监察必须将电压互感器高压侧中性点接地外, 其他电压互感器高压侧中性点尽量不接地。这是因为网络上中性点接地的电压互感器相当于并联分布, 台数越多, 总的励磁特性曲线越容易达到饱和, 也就越容易发生谐振。 (2) 采用励磁特性好的电压互感器。电压互感器的励磁特性越好, 铁芯越不容易饱和, 谐振越不容易发生。 (3) 加强断路器的检修, 减少三相非同期合闸的发生, 从而降低谐振发生的概率。 (4) 在向空载母线充电时, 为了防止发生铁磁谐振, 应该先投入母线, 再合上电压互感器高压侧开关。 (5) 电压互感器二次侧开口三角绕组并联小电阻或接消谐器可有效消除谐振, 同时不影响正常的运行。但是, 由于事故原因是多样的, 如果重复谐振或谐振持续时间较长, 这种方法仍不能很好地消除谐振。 (6) 在电压互感器高压侧中性点经过电阻接地时, 由于电感串联了电阻, 破坏了发生谐振的条件, 有利于减少谐振的发生。在选取接地电阻时, 并不是电阻越大越好。当电阻无穷大时, 虽然电压互感器高压侧中性点相当于不接地, 不会产生谐振, 但电网发生单相接地故障时, 电压互感器开口三角的输出电压过低, 影响接地保护的灵敏性。因此, 目前电压互感器一次侧中性点大多采用非线性电阻, 当电网正常运行时该电阻呈现小电阻状态, 不影响互感器的绝缘监察功能;当满足铁磁谐振条件时, 该电阻呈现大电阻状态, 可有效防止铁磁谐振的发生。

参考文献

[1]万千云, 梁慧盈, 齐立新, 等.电力系统运行适用技术问答[M].北京:中国电力出版社, 2005.

消除铁磁谐振措施 篇5

10k V~35k V系统一般被称为中压系统, 在国内电网都采用中性点不接地方式, 使用于该接地方式系统中的电压互感器发生绝缘故障的机率相对较高。为此, 分析互感器的故障原因并找到相应的解决措施, 对提高设备运行的安全性和可靠性是很有意义的。

2 电压互感器故障原因的分析

通过对发生的事故进行系统的分析, 我们会发现它们有几点共同的特点:第一, 二次回路的保护熔断器都完好, 说明故障并不是由于PT二次回路的短路引起的;第二, 烧损的电压互感器均出现爆裂, 内部有流质流出, 说明内部曾出现过热;第三, 从故障录波图可以发现, 在事故发生前夕, 都曾出现过过电压等情况。

在排除了互感器本身存在绝缘缺陷后, 基本可以判定出现故障的原因是由于铁磁谐振过电压及铁芯磁饱和过热导致的。

3 铁磁谐振过电压产生的机理及不利影响

由于10k V、35 k V配电系统大多采用中性点不接地方式运行, 其线路 (尤其是电缆出线) 对地存在分布电容, 当系统运行正常时, 各相电压互感器的感抗相等, 中性点电压等于零。但如果当线路因断线、雷击或其他原因而产生单相接地故障时 (如A相) , 接地相对地电压降到接近于零, 而非故障相对地电压上升倍, 导致严重的中性点位移, 中性点对地电压升高, 系统的稳定性和对称性遭到破坏。另一方面由于中性点不接地运行方式的主要特点是单相接地后, 允许维持一定的时间 (一般为2h) , 不致于引起用户断电。但随着中压电网的扩大, 中压电网的电容电流也大幅增加, 在发生单相接地故障时, 其接地点电阻较大且接触不良, 因而在接地点出现瞬燃瞬熄的电弧放电, 从而造成电压瞬高瞬低, 同时引发电能、磁能的振荡。

单相接地时接地电弧不能自动熄灭, 必然产生弧光过电压, 一般为3~5倍相电压甚至更高, 致使电网中绝缘薄弱的地方放电击穿, 并会发展为相间短路造成设备损坏和停电事故。所以当线路发生单相接地故障时, 就会使电源电压瞬间升高, 工作点越过△U-I曲线的最高点达到a2点, 但a2点并不是稳定工作点, 因为电路中电流一旦偏离a2点而增大时, 电源电势E便大于△U, 使回路电流I继续增大, 这使带铁芯电感更加饱和, L值进一步下降, I随之增加, 达到串联谐振点e点, 在e点ωL=1/ωC, 理论上此时过电压将趋于无穷大, 随着电流激增L将继续减少, 电路就自动偏离谐振条件而跃变到新的稳定工作点a3为止, 此时, 虽然工作点已偏离理论上的谐振工作点e, 但这时电流已经很大, UL2、Uc2都很高, 所以我们说电路仍处于谐振状态。此时由于UL2<Uc2, 电路呈容性。从以上分析可以看出, 所谓铁磁谐振就是由于铁芯饱和而引起的一种跃变过程, 由于a1点到a3点的跃变, 使电路由原来的感性状态转变为容性状态, 电路相位发生180°反转。

通过以上对串联铁磁谐振电路的分析, 我们就能够明白, 当线路发生单相接地时, 两相电压瞬时升高, 三相铁芯受到不同的激励而呈现不同程度的饱和, 电压互感器的各相感抗发生变化, 各相电感值不相同, 中性点位移产生零序电压。出于线路电流持续增大, 导致电压互感器铁芯逐渐磁饱和, 其电感迅速减小, 当电感降到满足ωL=l/ωC时, 即具备谐振条件, 从而产生谐振过电压。在发生谐振时, 电压豆感器一次励磁电流急剧增大, 使高压熔丝熔断。如来电流尚未达到熔丝的熔断值, 但超过了电m互感器额定电流, 长时间处于过电流状况下运行, 必然造成电压互感器烧损。

4 各种应对措施分析

为解决由于铁磁谐振而导致电压互器绝缘故障, 通常采用以下方法之一或几种:系统中性点装设消弧线圈;采用自动调谐原理的接地补偿装置;在母线上接入一定大小的电容器, 使容抗 (Xc) 与感抗 (XL) 的比值小于0.01;选择励磁特性好的电压互感器或改用电容式电压互感器;在电压互感器中性点经消谐器和小电阻接地;在电压互感器二次开口三角处接入阻尼电阻或分频消谐装置。

其中第1~3条措施是通过改变系统参数, 使其不符合谐振条件, 以达到减少谐振概率的目的。实践证明, 这些措施是行之有效的。但由于这些措施涉及面比较广, 成本也相对较大, 在实际操作中, 经常采用第5~6条措施来解决这一问题。下面我们对这些措施进行一下分析:

4.1 在电压互感器中性点经消谐器和小电阻接地

中性点串入的电阻等价于每相对地接入电阻, 能够起到消耗能量、阻尼和抑制谐波的作用。在线路单相接地时, 由于中性点对地带有一定电位, 故能相应减少非故障相PT绕组的电压, 使PT的饱和程度降低, 不至于发生铁磁谐振。但是电阻的接入使PT开口三角绕组输出电压相应降低, 会影响接地指示装置的灵敏性。除了要考虑R≥6%Xm外, 还要考虑电阻的热容量。当直接采用线性电阻时往往由于电阻元件的容量及绝缘水平选择不当, 使引线烧断, 电阻烧毁, 沿面闪络等。

若采用RXO一10型消谐器, 其内部由Si C非线性电阻片与线性电阻 (6~7kΩ) 串接, 在低压时呈高阻值, 使谐振在初始阶段不易发展起来。在线路出现较长时间单相接地时, 消谐器上将出现千余伏电压, 电阻下降至稍大于6~7kΩ, 使其不至于影响接地指示装置的灵敏度, 同时非线性电阻片的热容量相当大, 可满足放电电流的要求。

4.2 PT开口三角绕组接电阻或分频消谐装置

PT开口三角形绕组接电阻或分频消谐装置, 由于电阻接在开口三角绕组两端, 必然会导致一次侧电流增大, 也就是说PT的容量要相应增大。从抑制谐波方面考虑, R值越小, 效果越显著, 但PT的过载现象越严重, 在谐振或单相接地时间过长时甚至会导致保险丝熔断或PT烧毁 (有些工程直接选用220 V、500w的白炽灯作电阻用, 其作用是当灯泡在冷态即谐振刚发生时阻值较小, 而当单相稳态接地时, 阻值变大以免PT过载) 。

可控硅分频消谐装置是一种能自动判断单相接地故障和铁磁谐振的二次消谐装置。在电网出现雷电过电压或操作过电压时, 该装置内的VSO端电压和触发脉冲反相, VSO不能导通。当发生单相接地故障时, VSO虽有工频电压但无触发脉冲, 仍不能导通。仅当电网中发生分频铁磁谐振时, VSO才会导通, 三角绕组被短接, 铁磁谐振在强烈的阻尼作用下迅速消失, 当谐振消失后, VSO恢复到阻断状态。

在实际运行中, 上述两种装置仍不能有效避免谐振的发生及保险丝熔断。经分析均是由于铁磁性谐振引起的, 但是该方案中均配置了分频消谐装置。在谐振发生或线路单相接地时PT一次侧电流显著增大及因本身元件故障而失去消谐作用是上述两种装置的主要缺陷。

通过多次试验和使用, 我们发现用励磁特性好的电压互感器或改用电容式电压互感器、在电压互感器中性点经消谐器和小电阻接地、在电压互感器二次开口三角处接入阻尼电阻或分频消谐装置等三种措施, 对于抑制或消除电压互感器的铁磁谐振都存在较大的局限性, 效果并不是很理想, 因此迫切需要找到一种相对完善的解决方案。

通过多次试验和论证, 我们发现在PT中性点串单相PT的方案效果比较好。

5 结论

通过前面的分析, 我们可以十分清楚地知道, 采用在中性点串单相PT这种装置, 在线路单相接地时能够使PT各相绕组电压均能保持在正常相电压附近而不会饱和, 从而很好地抑制铁磁谐振, 降低PT一次侧电流, 同时亦保持了接地指示装置对零序电压幅值和相位的灵敏感, 其优点相当突出。

参考文献

[1]DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合

铁磁谐振原理和反铁磁谐振的方法 篇6

1 铁磁谐振产生的原理

铁磁谐振可以是基波谐振、高次谐波谐振、还可以是分次谐波谐振, 如图下图所示, 是最简单的电阻R, 电容C和铁心电感L的串联电路。假设在正常运行条件下其初始感抗大于容抗 (ωL>1/ωC) , 电路不具备线性谐振的条件, 但是当铁心电感两端的电压有所升高时, 电感线圈中出现涌流, 这就有可能使铁心饱和, 其感抗随之减小, 一直可以降到ωL=1/ωC, 使之满足串联谐振的条件, 在电感、电容两端形成过电压, 这种现象称为铁磁谐振现象。因为谐振回路中的电感和电容不是常数, 回路没有固定的字振频率, 同样的回路中, 既可以产生谐振频率等于电源频率的基波谐振, 也能产生高次谐波和分次谐波, 因此具有各种谐波振荡的可能性是铁磁谐振的重要特点。

铁磁谐振有以下几个主要特点:

1) 对铁磁谐振电路, 在相同的电源电视作用下, 回路可能有不只一种稳定的工作状态, 如基波的非谐振状态和谐振状态。电路到底稳定在哪种状态要看外界冲击引起过度过程的情况。回路处在谐振状态下, 将产生过电流和过电压, 同时电路从感性突然变成容性。

2) 非线性铁磁特性是产生铁磁谐振的根本原因, 但铁磁远见饱和效应本身也限制了过电压的幅值。此外, 贿赂损耗也使谐振过电压受到阻尼和限制, 当贿赂电阻大于议定的数值时, 就不会出现强烈的铁磁谐振过电压。这就可以说明为什么电力系统中的铁磁谐振过电压往往发生在变压器处在空载或轻载的时候。

3) 对串联谐振电路来说, 产生铁磁谐振过电压得必要条件, 因此, 铁磁谐振可以在很大的参数范围内发生。

2 消除铁磁谐振的传统方法

铁磁谐振对电力系统的危害很大, 为了更加有效的防治铁磁谐振的发生, 根据仿真的结果以及对其进行分析的结果, 可以提出以下几种消除谐振的措施:

1) 因为电压互感器PT的励磁特性越好, 越不容易发生铁磁谐振, 所以制造部门应尽量的努力提高产品的质量, 来改善电压互感器的励磁特性。

2) 由于断口总均压电容值越大, 谐振的过电流和过电压也就越大, 所以应该尽量采用断口均压电容值比较小的开关。目前在国外, 有些双断口SF6开关一般不配均压电容, 因此采用这样的一些开关就不会发生铁磁谐振了。

3) 因为谐振电阻越大的电路, 发生谐振的机率越大, 所以可以在高压绕组侧并联一个阻尼电阻, 来减小总电阻值。

3 实际中的消谐措施

上面所提出的这些消除谐振的措施, 在实际运行中已经得到了很好的验证, 而实际上, 在中性点直接接地的配电网中, 还有一些限制电网中电压互感器PT谐振的措施, 以下就是其中的几种:

3.1 改用电容式电压互感器

现在的电容式电压互感器价格较低、运行维护容易, 所以目前在工业发达国家, 72.5Kv及以上电压等级的电力系统, 电压互感器均采用电容式电压互感器;在我国, 在近些年中, 电容式电压互感器 (CVT) 也得到了长足发展, 目前, 更成热销之势。然而, CVT虽然能避免铁心元件与开关断口均压电容串联引起系统的铁磁谐振, 但是CVT内部则存在铁磁谐振和次谐波谐振问题, 影响CVT自身的安全运行一级保护的可靠性和测量精度。从总体上来说, 随着技术的不断改进, 很多变电站还是采用了电容式电压互感器。

3.2 取消断路器上的均压电容

这样从根本上消除了产生谐振的条件。但是该做法影响灭弧室的均压, 降低遮断短路电流的能力, 导致断路器的开断容量降至原来的70%左右。

3.3 电容吸能消谐

在PT次级三相绕组的端部接入稳压电路, 即经三相全波整流电路接入大容量电解电容器来瞬间吸收谐振能量。这样对幅值较高的基频谐振可能比较有效, 但幅值较低的分频谐振往往难以奏效。

3.4 采用光纤式电压互感器

利用新型的光纤式电压互感器, 可以有效的消除铁磁谐振的发生。但由于现在正处于初步阶段, 所以应该要做部分试验来增加对它的了解。当然采用哪些措施能使得系统安全、稳定地运行, 还需要我们根据系统的实际情况进行分析后决定。

4 结语

铁磁谐振的发生是很复杂的, 它可以同时受到很多因素的影响, 因此单纯的采取一种消谐措施是远远不能满足要求的。因此, 为了防止由铁磁谐振而发生的恶性事故, 制造部门应该努力提高产品内在质量, 提高短时间谐振的能力;运行部门则应该对操作人员加强有关知识的培训, 普及铁磁谐振知识, 提高每个调度人员和运行人员对铁磁谐振的识别能力, 掌握正确的处理方法、及时总结经验、避免或缩短操作过程中出现谐振电路的时间、加强操作过程中和操作后的设备检查等。

摘要：铁磁谐振是电力系统中一种内部过电压现象。铁磁谐振过电压是电力系统中的一种非线性共振现象发生时, 系统出现明显的高于额定工作电压而持续时间较长的电压升高和电位差升高而造成的, 使电网的安全运行遭到严重破坏, 人身安全受到严重威胁。因此, 研究铁磁谐振的原理和反铁磁谐振的方法至关重要。

关键词：铁磁谐振,铁磁谐振电压,反铁磁谐振

参考文献

[1]鲁铁成, 陈维贤.配电系统PT引起的铁磁谐振及抑制新方法[J].高电压技术, 1998.

[2]冯平, 王尔智, 马智刚, 王维俊, 施元春.电力系统铁磁谐振的理论分析[A].电工理论与新技术2004年学术研讨会论文集[C].2004.