PT谐振的分析与抑制措施

作者：赵嘉

来源：《科技资讯》 2014年第4期

赵嘉

(中冶京诚(湘潭)重工设备有限公司 湖南湘潭 411100)

摘 要:对湘钢动力厂35 kV系统的PT爆炸事故进行了分析,指出事故的原因是系统单相接地导致PT饱和并引起谐振,分析发生谐振现象的多种原因,阐述了常用消谐方法及其优缺点。

关键词:PT谐振 谐振原因 参数消谐 二次消谐 一次消谐

中图分类号:TM132 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)02(a)-0129-02

湖南湘潭钢铁公司动力厂35 kV系统在近几年运行中,发生了三起PT爆炸事故,对系统的安全运行构成极大威胁。对此,我们进行了现场调研,结合35 kV系统故障录波图,初步分析认定这三起事故均为系统单相接地导致PT饱并引起谐振。

动力厂发生事故的35 kV系统,都是中性点不接地系统,装有一次接线为Y0的电磁式电压互感器(PT)由于PT一次线圈的X端接地,且铁芯易饱和,易于产生两种不利状况:一是电网间歇性接地或接地消失时,电网对地电压产生低频自由分量,使X端接地的Y0接线电压互感器深度饱和,一次线圈通过涌流,使PT熔丝熔断甚至烧坏PT。二是在一定外界激发条件下,产生铁磁谐振,谐振使得电网三相对地电压波动,影响电网正常运行,严重时,使得绝缘设备损坏,造成电网事故。

经过对各地区电网运行进行情况进行分析,发现PT铁磁谐振是电力系统中发生较为频繁且造成较多事故的一种内过电压。谐振过程可持续很长时间,幅值有高有低,且频率各有不同如分频、基频、高频等,有些过电压并不高,但是由于频率低,且谐振电流很大,对电网的安全运行有很大的危害。

1 PT谐振产生的原因分析

铁磁谐振产生的条件有:ωL>1/ωC;激发因素。其中主要包括电网电压冲击、励磁涌流、合闸相角、系统间歇性接地、电网频率波动等。

系统产生铁磁谐振的原理如图1所示。

(1)首先对于中性点不接地系统,在某种情况下出现单相接地,故障点对地流过电容电流,不接地的两相相电压升高至线电压。在间歇性接地时,一旦接地故障点消失,非接地相在接地故障期间已充的线电压电荷只能通过PT高压线圈并经其接地点流入大地,在这电压突变瞬间,PT高压线圈的非接地两相的励磁电流突然增大,使PT达到饱和,由于间歇性接地,非接地两相的励磁电流不断激增,极易激发相间串联谐振。

(2)合闸过程极易引起铁磁谐振,合闸过程中因合闸瞬间的相位角不同极易产生操作过电压引发谐振,断路器在合闸操作过程中出现过电压(如A相),则有可能使此相电压互感器铁心出现饱和,导致线圈参数变化(感抗变小),从而使三相的总阻抗出现不平衡,使电压互感器的中性点对地电压发生偏移,导致谐振。或因合闸过程中,因断路器三相触头不同期,可能发生三相接通不同时,这样就相当于在触头间串联上不等的电容,从而引发谐振。

(3)系统发生铁磁谐振。近些年来,由于配电线路调速电机、电子控制电焊机等设备的大量使用,使得供配电系统的电气参数发生了很大的变化,使得在一定激发条件下,谐振极易出现。在电力系统谐振过程中,PT电流激增,此时除了造成一次侧熔断器熔断外,还有可能导致PT烧毁。极个别情况下,还会引起PT闪络或爆炸,直接影响到电网的正常运行。

2 PT谐振消除办法分析

防止和消除谐振的主要措施有两种方式:第一种是通过改变谐振参数,破坏谐振产生条件,从而避开谐振区域;第二种是接入阻尼电阻,增大回路的阻尼效应。

现在现场常用第二种方法,即增大回路的阻尼作用,有两种方式:其一是在二次侧开口三角形两端接消谐器;其二是在一次侧中性点对地接消谐器的方法。

2.1 改变谐振参数消谐

(1)当出现空母排谐振时,此时应考虑增大母排电容或并联电感,而不宜急于摇出PT小车,方法是投入一条空载线路(增加母排电容)或者空载的变压器(并联电感)来改变改变谐振参数,从而破坏谐振产生条件,可使三相电压恢复平衡。

(2)变电站值班人员在恢复送电时,宜在确认PT的小车实际位置后,如在分离位置,才对空母线送电,再将PT小车摇到位;如PT小车在合位,则将PT小车摇出后,再送电。应严格按操作规程进行操作。

(3)检修人员应尽量将断路器和PT小车三相同期性调整好。技术部门应采用伏安特性较高、饱和迟钝的PT或电容式PT,以改善技术性能,避开谐振区域,减少激发谐振过电压的几率。

2.2 PT二次消谐

(1)PT发生谐振时的电压一般为相电压的3倍,在开口三角处将会产生100～200 V电压,因此,可在PT开口三角处并联220 V/600 W/80电阻,消谐电阻功率不得大于PT极限容量的2.4倍,保证消谐电阻的安装绝缘,防止PT二次侧多点接地(或选用220 V/200 W灯泡),此种方案实施简单,投资少,易于实现和改造。

(2)也可在PT零序回路中装设二次微机消谐装置。二次微电脑消谐装置能够很好的记录谐振动作情况,并根据不同频率的波形经开口回路进行抑制,它有很多优越的性能。但在个别情况下,当发生电压波形和幅值与单相接地时完全相同基频谐振时,使微机消谐装置无法正确判断是单相接地还是基频谐振从而无法正确投入动作,这是一般二次微电脑消谐器的缺点。

3 3PT一次消谐

根据查阅的资料和上级有关技术人员的建议,从以下三个方面进行考虑。

3.1 加装消弧线圈

消除谐振的最好的办法就是在10 kV或35 kV系统中加装消弧线圈,使线路处于感性状态,这将从根本上解决谐振问题。由于加装消弧线圈费用较高,且一般在电缆线路中使用,系统运行规程中规定在10 kV系统中容性零序电流>10 A时或35 kV系统中容性零序电流>30 A时,就应加装消弧线圈。

3.2 经压敏电阻接地

电压互感器高压侧绕组中性点通过电阻接地,如图2所示。

显然,Ro值越高,消谐效果就越好。当一次侧的中性点电阻Ro足够大时,可有效限制PT绕组一次激磁涌流,从而避免电压互感器铁芯饱和,能有效地抑制和消除谐振。若Ro→∞,即中性点接近绝缘,谐振就不会发生。但由于互感器中性点绝缘一般仅为2 kV,长时间运行电压不宜超过l kV。另外,还要考虑接地保护的灵敏度和绝缘保护的正确性,Ro值不宜选得过大。热敏电阻(PTC)提供了一个理想的解决方案。在PT中性点接R=50K的热敏电阻(PTC)接地。系统正常运行时,中性点电压可忽略不计(基本为零)。一旦当发生铁磁谐振,PTC电阻迅速吸收谐振能量,导致温度、电阻迅速增加,从而使流过中性点的电流变小,PT的饱和度下降,破坏了谐振产生的条件从而迅速消除了PT谐振,使系统恢复正常运行。在中性点接PTC消谐方式经济、简单且实用。

3.3 加装单相PT

在电压互感器中性点接地回路中加装单相PT,使得电压互感器的等值感抗明显增加,并可同时使用容量大且不易饱和的电压互感器。此方法实际上是扩大电压互感器的伏安特性曲线的线性区域,降低各种使电压互感器饱和的几率。具体方案见图3。此类方案简单,投资较少。

4 结语

总之,任何消谐方法都是以破坏谐振产生的条件,来抑制谐振的产生和发展最终达到消谐的目的。针对湘钢动力厂35 kV PT事故提出改进意见,由于原采用PT二次微机消谐装置,在线路单相接地时构成相间串联谐振时,消谐装置启动,短时短接开口三角绕组,由于短接电流较大,容易发生短接触头粘接等现象,造成开口三角短路,除了造成一次侧熔断器熔断外,还可能导致PT烧毁,甚至相间短路。故建议可将原装置短接触头容量加大或在PT开口三角处并联220 V/600 W/80电阻(或选用220 V/200 W灯泡),此方案实施改造简单,投资少,易于实现。

不论是加装二次消谐电阻,还是加装微电脑消谐器,都是在谐振发生后进行抑制和消除,且不能限制一次涌流。而一次消谐则是破坏谐振产生的条件,抑制谐振发生,它具有限制一次涌流和消除PT饱和谐振双重功效。因此,要解决变电站谐振的问题,在经济容许的条件下,还是应该重点考虑一次消谐的办法。

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