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10kV电压互感器各种防谐振措施评述
更新时间: 2021-08-17 17:38:33 访问次数: 0
10kV电压互感器各种防谐振措施评述

李达坚 何毅思 冯庆燎


摘 要 就10 kV电压互感器的各种防铁磁谐振措施进行了分析,提出广州北区供电局的解决方法。


关键词 铁磁谐振 消谐器 抗谐振PT 开口三角绕组


1 10 kV电压互感器的运行情况
  广州北区供电局(下简称“北区局”)现投入运行的110 kV变电站共有10个,各变电站的10 kV系统一般情况下各自独立,除江村、夏茅站为中性点经曲折变和电阻接地外,其余8站中性点均不接地。表1是北区局在1997年全年PT熔断的次数统计。


表1 北区局1997年10 kV PT保险丝熔断情况统计



站名 消谐装置型式 熔断次数 原因
神山 中性点直接接地 4 3次线路接地,
1次雷击接地
马岗 中性点直接接地 2 线路接地
九佛 中性点直接接地 0  
钟落潭 中性点经电阻接地 0  
竹料 开口三角绕组接白炽灯 0  
太和 中性点直接接地 0  
龙归 开口三角绕组接分频器 1 线路接地
人和 1号PT抗谐振型,
2号PT直接接地 1 雷击接地


  另外,在1998年2月,竹料变电站3次PT熔丝熔断,神山变电站有1次,均为受线路的影响。
2 铁磁谐振过电压产生机理
  在中性点不接地系统中,为了监视三相对地电压,变电站内10 kV母线常接有Yo接线的电磁式电压互感器,这时电气结线见图1。
  正常时PT的励磁阻抗很大,网络对地阻抗仍呈容性,三相基本平衡,中性点O的位移电压很小,但在某些扰动下,如单相接地的发生和消失,


这些都会使PT中暂态励磁电流急剧增大,感值下降,于是三相电感值有所不同,使O点出现零序电压。
  设L0为PT三相并联的零值电抗,而当L0与3C0回路达到固定振荡频率ω0时,将会在系统中产生谐振现象。随着线路的延长,依次发生高次(2、3次)基极、1/2次分频谐振。当发生分频谐振时,由于互感器感抗显著下降,励磁电流急剧增大,可达到额定值的数十倍,造成互感器的烧毁或保险丝熔断。
  有关的研究证明[1]:在PT开口三角绕组接入电阻(R/Xm≤0.4),相当于在PT的励磁电感之中并入电阻,能够限制和消除谐振;在PT的高压中性点串接电阻,随着R的增大,谐振的范围缩小,当R≥6%Xm时可消除一切铁磁谐振;当线路对地容抗XCo/Xm≤0.01时,将不会产生谐振。若PT的Xm为1 MΩ,线路电容值每公里为0.004 μF,则北区局8个中性点非接地变电站的匹配情况如表2。


表2 北区局8个中性点非接地变电站的匹配情况



站名 PT数目 架空线长度/km XCo/kΩ XCo/Xm
钟落潭 1 68.557 11.607 0.012
竹料 1 56.723 14.029 0.014
太和 1 71.345 11.154 0.011
神山 2 84.283 9.442 0.019
人和 2 102.939 7.731 0.015
马岗 1 48.212 16.506 0.017
龙归 1 65.355 12.176 0.012
九佛 1 78.976 10.008 0.010


  根据表2,线路和PT的参数XCo/Xm均大于0.01,说明都有可能在系统扰动时出现铁磁谐振现象,其中主要是分频谐振,要采取相应的消谐装置。
3 各种消谐措施分析
3.1 PT中性点经消谐器和小电阻接地
   由钟落潭变电站(PT中性点串电阻)全年无一次PT保险丝熔断及各变电站安装消谐器至今无一次熔断来看,其抑制谐波的效果较为明显。原理图见图2。
  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O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RXQ-10型消谐器,其内部由SiC非线性电阻片与线性电阻(6~7 kΩ)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6~7 kΩ,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。
  下面定性地讨论PT中性点串电阻或消谐器后对各相绕组电压及开口三角绕组电压的影响。
  假设PT在线电压时工作在饱和区,励磁电抗X/Xm=1/6,R仍取6%Xm即60 kΩ。C相发生单相金属接地时,加消谐器时:


U′Δ/UΔ=98.4%


  实际上由于PT的伏安特性一般较差,在加线电压时均会有一定程度的饱和。通过计算说明:在中性点串电阻时开口三角绕组输出电压仅为原来的67.9%,而串消谐器时则达到98.4%,比较之下串消谐器后对接地指示装置的影响较小;同时PT中性点串电阻或消谐器后,非故障相绕组的电压虽有降低,但幅度不大,其中一相绕组的电压更接近线电压,进入饱和区域,其消谐作用似乎不大,仍有待实际运行中确认。


3.2 PT开口三角绕组接电阻或分频消谐装置
  PT开口三角绕组接电阻的电气原理图见图4。
  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。一般来说接入10 kV PT开口三角绕组的电阻取16.5~33 Ω,北区局竹料变电站选用220 V、500 W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。
  北区局龙归变电站采用的开口三角绕组接可控硅分频消谐装置的原理图见图5。
  在电网出现雷电过电压或操作过电压时,该电路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。龙归变电站自1997年6月投产,至年底就有1次保险丝熔断;竹料变电站在1998年2月更有3次同线路瞬间接地而熔断保险丝(经检查,白炽灯完好)。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。


3.3 采用抗谐振型PT域在PT中性点串单相PT
  采用抗谐振型PT和在PT中性点串单相PT  


  假设L0与L1、L2、L3具有相同伏安特性,则此时PT的励磁电抗Xm=XL1+XL0'所以L0的接入主要有以下三个优点:
  a)Xm显著增大,比较易实现XC0/Xm≤0.01这个条件,使系统扰动时不致于发生谐振。
  b)如前所推导UO′的公式知,L0接入后:UO′=4.33,UaO′=6.6,UbO′=6.6,亦即加在非故障相PT绕组的电压下降至接近相电压,不会饱和,从而杜绝了谐振的发生。
  c)由L0二次绕组电压继电器作接地指示装置,在单相接地时其输出电压为75 V,可按此值进行整定计算,从而保证了接地指示装置的灵敏度。
  若中性点串入PT的励磁电抗XL0远大于XL1值,则效果更佳。此时加在非接地相L1和L2、故障相L3、中性点PT的L0绕组的电压全部等于相电压5.77 kV,肯定不会饱和,而且接地指示装置可获得的输出电压可达100 V。
  北区局人和变电站10 kV 1号PT安装了抗谐振型PT后,至今未发生过PT保险丝熔断现象,说明该种装置具有很好的消谐效果。
  其它的消振措施如:每相对地加装电容器,采用伏安特性好的PT,限制在同一网络中的PT的台数等,均可以从改善Xc0/Xm这方面去理解,在此就不再讨论。


4 结论
  通过前面的讨论,我们可知道采用抗谐振型PT或在中性点串单相PT这两种装置,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度,其优点相当突出,故在今后应大力推广。
  结合北区局各变电站10 kV PT消谐装置使用情况,我们初步有如下措施:
  1)长远来说,将用单相PT替代消谐器串接在中性点上,目前暂不更动以继续观察消谐器的运行效果。
  2)原已在中性点串电阻(钟落潭站)、在PT开口三角绕组接白炽灯(竹料站)或分频消谐装置(龙归站)的,鉴于其PT由三只单相PT组成,可在其中性点串入一只励磁电抗更大的单相PT。
  3)在新变电站安装时采用抗谐振型PT。


作者单位:广州北区供电局,广州510541


参考文献
1 沈宗阳.中性点不接地系统中电磁


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PT开口三角绕组接电阻一般来说接入10 kV PT开口三角绕组的电阻取16.5~33 Ω,北区局竹料变电站选用220 V、500 W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。

请问如何计算得来。若在PT一次侧串电阻接地,电阻值是多少?10KV系统中是否是用24KΩ,为什么?谢谢!!


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我公司也采用了PT中性点串PT的作法,取得了很好的效果,不但防止了谐振,而且基本上消除了PT熔断器熔断现象,只不过中性点我们使用的是额定电压为线电压的单相PT,而不是相电压的PT,其目的中增加零序阻抗,防止铁芯饱和!


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在PT一次侧的中性点与地之间串接线性电阻其效果不是很好,不如在PT一次侧的中性点与地之间串接L型消谐器,抑制谐波的效果较为明显。并能有效地限制PT一次涌流,防止PT高压熔断器熔断。对非金属性接地所激发的谐振过电压也能起到抑制作用。
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