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消弧线圈接地系统,发生谐振时是并联谐振还是
时间: 2018-11-02 12:08 来源: 未知 作者: 科新电力 点击:
谐振接地系统的过电压及防止措施 谐振接地系统中的许多过电压现象,归根结底是各种原因引起中性点的位移电压升高造成的。下面从基本概念和实际应用两个方面予以简介。 一、欠补偿断线过电压 在谐振接地电网中,消弧线圈以过补偿为基本运行状态,主要目的是为了防止断线过电压等事故。欠补偿状态下断线后的中性点位移度,远远大于过补偿时的位移度。在补偿电网欠补偿运行的情况下发生单相断线和两相断线故障时,如果不考虑消弧线圈的铁心饱和现象,中性点位移度可分别高达相电压的8.6倍和6.74倍,而相对地的最高过电压可达相电压的9.6倍和7.74倍。考虑铁心饱和后,过电压会显著降低,但依然需要限制中性点的位移度。 由断线引起的谐振过电压,只有在单侧电源供电的条件下,线路断线才有可能发生,而双侧电源供电的线路断线时则不会发生。 防止措施:1、人工调节的消弧线圈,采用过补偿方式运行。 2、自动跟踪消弧线圈,由于有限压阻尼电阻,所以不论补偿状态如何,均可防止此种断线过电压事故的发生。 二、地网电位升高过电压 当电力变压器高压侧的中性点直接接地运行时,任何形式的接地短路故障引起的地网电位升高,在中压或低压侧的补偿电网中,均可能产生过电压。 1、35KV补偿电网:接地故障电流和地网接地电阻越大,中性点位移电压越高,但过电压的增幅受到回路时间常数的限制,同时35KV的绝缘水平相对较高,因此除消弧线圈会异常动作一次外,一般不会发生其它问题。 2、6KV发电机回路:若发电机中性点不接地运行,其接地信号的动作电压定值较低,故障点离发电机的地中电气距离较远,地网电位升高会明显衰减,应能启动接地信号,但一般不会危及发电机等设备的绝缘。若发电机中性点采用谐振接地方式,因发电机为6KV级电压,绝缘水平较低过电压似乎比较危险。但由于此情况下地网电位升高在发电机引起的过电压是振荡性的,它由两个不同角频率(工频角频率和自振频率)的振荡电压分量组成,其合成的过电压达到幅值所需时间与发电机中性点消弧线圈的失谐度有关。失谐度减小,过电压升高,达到幅值所需时间较长;失谐度增大,过电压降低,达到幅值所需时间会缩短。对于110KV及以上的发电厂或变电站,在母线或线路出口发生接地短路故障时,因母线的差动保护、高频保护或距离保护切除故障的时间较短,均不超过0.2秒。因此,在失谐度较小和过电压较高的情况下,振荡过程不可能得到完全发展。随着接地故障的迅速清除,过电压的幅值受到很大的限制。另外,高压线路接地短路电流注入地网时,以故障点为中心,此点的电位升高最大,在其四周则按指数函数快速递减,地中电气距离越大,衰减越显著。由于发电机一般距高压较远,所以一般无危险。若是大型发电机,因为额定电压和相应的绝缘水平较高,就更没危险。 三、定相过电压 电力系统中检修后的设备或新设备投入运行前,有时需要核查相位,在利用电压互感器(或电力变压器)直接在变电站、线路或发电厂的中压侧进行定相时,有时会发生过电压事故。 1、 过电压的起因:利用电压互感器或电力变压器直接在中压电网进行定相时,电网示意接线图如1: 在进行定相操作时,如果定相电压互感器或配电变压器的两端,分别跨接在图1中两部分电网的同名相上,不论中性点接地方式如何以及回路参数匹配的如何,均不会产生铁磁谐振过电压。 若跨接在中性点不接地的两部分电网的异名两相之间时,线电压便会作用在由电压互感器或配电变压器的非线性电感、两部分电网的三相对地电容经过大地而构成的串联谐振回路上,在参数比较匹配的条件下,因外施电压很高,过电压会十分危险。 若跨接在中性点谐振接地的两部分电网的异名两相之间,当两部分电网均为过补偿状态时,线电压虽然同样作用,但回路均由电感构成,只会引起消弧线圈的异常动作,不会发生过电压事故。 若两部分电网的三相对地导纳性质不同,即一个为容性。一个为感性时,在参数匹配的条件下,可能产生过电压。 若中性点不接地运行的两部分电网的三相对地电容,与定相配电变压器的电感谐振,可能产生过电压。 2、 防止措施: A、利用电阻定相杆进行定相。 B、利用简易的火花定相法。利用一段金属导线取代上述的电压互感器进行定相,同相相碰时,不产生火花;异相相碰时,产生火花,由此判定相别,具体做法可参阅有关资料。(高电压技术、1977、2) C、仍用电压互感器定相,应在其低压侧进行。但当被定相的部分电网三相对地电容较小时,应当避免在类似于空母线的条件下,突然投入中性点接地的三相电压互感器,否则可能产生电压互感器铁心饱和过电压。 四、线路碰线过电压 1、线路碰线过电压是在电网运行过程中产生的,其机理与上述的火花定相法相同。在中性点不接地或经消弧线圈接地的电网中,由此引起的过电压可能使消弧线圈发生异常动作,但是一般不会造成停电事故。 2、如果两个互相独立的补偿电网,消弧线圈均处于过补偿状态,此时碰线在等值回路上外施的电源为线电压,可是回路中仅有两个串联的残余电感,所以不会产生铁磁谐振过电压。 3、环流、中性点位移电压的计算:两个独立电网在故障时若在额定电压下计算,两个电网的中性点位移电压之和应当等于线电压,但实际运行电压会有偏差,即略小于额定值66KV。如果两个独立电网中,其中一个电网的消弧线圈为欠补偿运行状态,当异相导线发生碰线时,等值回路中的残余电容与残余电感发生谐振,不仅可能产生过电压,同时环流会增大,自动熄弧有困难,有相间短路的可能。 4、为了防止碰线过电压事故发生,应增大不同线路之间的距离,还必须保持补偿电网中的消弧线圈运行在过补偿状态。 五、电容耦合过电压 1、电容耦合过电压可以通过变压器高、低压绕组之间的电容耦合产生,也可以通过同杆架设的线路之间的电容耦合出现,即传递过电压。一般情况会引起消弧线圈异常动作,严重时可导致设备损坏事故。 2、单元接线的发电机-变压器组,此种过电压会引起发电机中性点消弧线圈的异常动作。这是当高压补偿电网发生单相永久接地故障时,中型点出现位移电压经过主变压器高、低压绕组间的电容,与发电机电压回路的对地参数耦合谐振,使发电机的中性点产生位移电压所致。 3、当消弧线圈运行在过补偿,变压器高、低压绕组间的电容与发电机中性点消弧线圈的残余电感发生谐振,过电压值较高,危险性大。若消弧线圈运行在欠补偿,则可以防止此过电压。 4、单元接线发电机中性点消弧线圈应采用欠补偿运行方式,并适当远离谐振点运行。当消弧线圈运行在过补偿,则必须远离谐振点,但又受到安全接地电流的限制。 5、同杆架设线路之间的电容耦合其过电压机理与单元接线的发电机-变压器组的相同。近几年,电网发展迅速,为了节省土地资源,同杆架设的线路很多,在进行架空线路设计时,只要注意减小不同电压等级的同杆架设线路之间的电容,则可以防止此种过电压的发生。 六、并用消弧线圈过电压 1、当一台消弧线圈同时投入到电网的两个独立运行部分的中性点时,相当于将两台主变压器的中性点直接连通。当主变压器高、中压或中、低压侧的母联断路器断开运行的情况下,中性点被连通的两个独立运行部分,其中的任何一个发生单相接地故障时,将有过电压产生。 2、当上述电网的任一独立部分发生单相瞬间接地故障时,在另一健全部分的中性点上,便会出现与故障电网部分中性点相同的位移电压。若为单相永久接地故障,因不同的电网部分在正常运行中的工作频率不会完全相等,此时健全的电网部分可能会出现2倍过电压。 3、只要避免将一台消弧线圈同时接至两台变压器中性点即可防止此种过电压,同时还可免除因3次谐波环流而产生的变压器附加损耗。 4、在消弧线圈临时检修或容量不足的情况下,为自动消除瞬间接地故障,可暂时采用共用方式。 七、断开两相接地短路过电压 1、在补偿电网发生两相接地短路(包括两相越野接地故障)的条件下,当仅有一路进出线的变电所断开该故障线路时,不论消弧线圈是过补偿或欠补偿运行,不论断路器三相动作是否同期,均会产生过电压。当断开中性点带有消弧线圈的变压器、同时断路器三相动作严重不同期时,也会出现过电压。 2、补偿电网,当断开带两相接地故障的唯一线路时,消弧线圈中所储存的磁场能,在断路器断开的瞬间转化为电场能,对变压器、消弧线圈的绕组和母线的对地电容等充电,会产生很高的过电压。 3、防止上述过电压,首先应当避免将消弧线圈安装在只有一路进出线的变电所或发电厂。在电网发展初期,可利用避雷器进行保护。保护消弧线圈的避雷器,其灭弧电压必须不低于额定相电压的1.2倍,否则在运行中动作后可能爆炸。当运行中需要手动操作时,应先将消弧线圈短接并接地,然后进行断路器操作。 八、中性点不稳定过电压 1、中性点不稳定过电压在电力系统普遍发生,是新建和检修后的电器设备在投运时发生损坏的原因之一,也是电压互感器烧毁及其高压保险频繁熔断的主要原因。在中性点不接地的条件下,偶遇激发,过电压容易发生。 2、在电网(变压器)中性点不接地、电压互感器对地的感抗与电网的对地容抗相互匹配的条件下,由于突然投入空母线或电网内发生瞬间电弧接地等原因,使电压发生突变,引起电压互感器铁心饱和,导致三相对地导纳的不对称,可能产生基波、高次谐波或低分次谐波等三种不同频率的中性点不稳定过电压。而且在同一次过程中,可能产生两种不同频率的过电压,即从一种频率的谐振状态,自动转变为另一种频率的谐振状态。谐振状态可以持续较长时间,也可能突然自动消失。当产生基波谐振时,因中性点位移电压与一相电压相反,零电位点必须移至线电压三角形之外,该相电压显著降低,但并不为零,次即所为的一向反倾;其余两相电压升高,数值略超过线电压;开口三角绕组的电压也会略超过相电压。当产生高次谐波谐振时,因中性点出现高次谐波的位移电压,它与工频电压叠加后三相电压同时升高,其中一相电压尤高,开口三角绕组同时也会出现过电压。当产生低分次谐波谐振时,三相电压与正常情况相比,依序轮流升高,电压表的指针在相同的范围内出现低频摆动,开口三角绕组也会出现分频零序电压。 3、这种过电压是由电压互感器的铁心饱和引发的,在过电压的作用下,由于电压互感器的铁心发生饱和,而且三相的状况不可能完全相同,当由回路参数确定的自振频率小于并接近某一频率时,可能产生基波、高次谐波或低分次谐波谐振过电压。以基波谐振过电压为例,电压互感器的铁心饱和过程,反映单相支路的伏安特性的变化,电压的突然升高,使综合伏安特性由容性跃变为感性,中性点不稳定过电压由此产生。 4、增大对地电容可使跃变电压升高,当相对地电容大过一定数值,使跃变电压高于2倍相电压后,此种过电压则不会产生。其它还可通过改善电压互感器的伏安特性、将并联运行的台数降至最低、采用无间隙避雷器、串联三绕组的单相电压互感器、安装消谐器等措施防止过电压。当投入空母线时,只要将变压器的中性点临时接地,即可解决。对于中性点不接地运行的中压电网,只要中性点采用谐振接地方式,即可破坏参数的匹配条件,从而根除中性点不稳定过电压。 九、配电变压器高压绕组接地过电压 1、运行中的10KV中性点不接地电网,当三相配电变压器高压绕组因匝、层间短路而发生接地故障时,在下列两种情况下,均可能产生谐振过电压: A:故障配电变压器的等值电感与电网的三相对地电容串联谐振; B:因故障配电变压器的一相或两相高压熔断器熔断,导致三相对地导纳不平衡。 在上述情况下,中性点位移电压明显升高,过电压持续时间较长,幅值一般3倍。伴随着故障配电变压器的燃烧,会发生电压互感器的高压熔断器熔断和避雷器爆炸。 2、根据所进行的现场调查、理论分析、模拟试验、现场经验的研究结果可知当配电变压器的高压绕组因匝、层间短路引起一点接地故障时,最高过电压2.38倍。异相两点接地时,最高过电压2.73倍。作用时间数分钟到数十分钟,直到故障配电变压器烧毁并脱离电网为止。当接地相的配电变压器高压熔断器同时烧毁时,最高过电压达3.13-3.36倍,作用时间一般小于2秒。当两台配电变压器同相各一点接地时,最高过电压达3.50-4.06倍。 3、综上所述,配电变压器高压绕组接地过电压是由参数谐振引起的,集中表现是中性点位移电压的升高。过电压幅值较高,作用时间长,范围波及整个电网,对安全运行威胁较大。提高配电变压器的制造质量和加强维护,将电网中性点改为谐振接地方式,使消弧线圈过补偿运行,破坏谐振条件。(在此情况下,消弧线圈的伏安特性曲线与三相对地电容直线不相交,谐振回路无法形成,过电压无从产生) 十、断路器非全相投入过电压 1、运行部分在拉闸时,应注意不使电网失去补偿。否则,在恢复送电时,可能由于断路器非全相动作,引起谐振过电压事故。 2、断路器非全相动作虽然与线路断线情况相似,若拉路时将消弧线圈、线路、变压器一起退出运行,恢复送电时,又将三者同时投入,在一相开路的情况下,电网对地电容与消弧线圈的非线性电感、变压器的励磁电感等形成电压谐振。 3、预防措施:拉闸时不能将消弧线圈退出运行而使电网失去补偿;投入相关的断路器后,当电网出现谐振过电压时,应立即将其跳开,并检查其动作情况是否正常;为避免非全相动作引起谐振过电压事故。断路器应加装强跳装置,一旦出现非全相动作,继电保护使其三相迅速跳闸。 十一、断线接地过电压 1、断线谐振过电压现象较多,断线后又接地的谐振过电压现象不多见。 2、在电网发生断线接地故障条件下(无补偿),谐振过电压是由电网的对地电容与用户的空载变压器的励磁电感串联谐振引起的。若消弧线圈不退出运行,中性点过电压可得到抑制;当线路断线接地后,若用户变压器带负荷运行,谐振条件被破坏,过电压则不会产生。
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