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10kV不接地系統接地造成電壓互感器燒毀原因

發布時間:2019-03-22 點擊數:680

10kV不接地系統的電壓互感器經常出現高壓熔斷器熔斷、甚至互感器燒毀等異常故障,這不僅影響了電能表的準確計量,而且還容易造成保護裝置和安全自動裝置的誤動作,嚴重危及配電網的安全可靠運行。
為什么出現接地故障時容易造成PT損壞故障呢?因為個人時間原因,給大家簡單講一個深入淺出的漸進式分析過程吧。

一、電壓互感器的用途
把高電壓按比例關系變換成100V或更低等級的標準二次電壓,監視母線電壓及電力設備運行狀況,并供保護、計量、儀表裝置使用。標準電壓使儀表和繼電器規格統一,易于實現標準化。電壓互感器可以將高電壓與電氣工作人員隔離,且二次側可設接地點,確保人員及二次設備的安全??梢哉f,電壓互感器就是一個有著特殊結構和使用形式的小型變壓器。


二、電網諧振的定義
電力系統的任一回路都可簡化成電阻R、感抗wL、容抗1/wC的串并聯回路。不管是串聯還是并聯回路,當容抗1/wC和感抗wL相等時,這個回路就會發生諧振。

三、諧振如何影響電壓互感器正常工作
10kV中性點不接地電網中的電磁式電壓互感器一次繞組是電網對地唯一的金屬性通道。單相接地或消失時,電網對地電容通過PT一次繞組有一個充放電的過渡過程。試驗測得此時常常有最高幅值達數安培的工頻半波涌流通過PT,此電流足夠將PT高壓熔絲熔斷。在這一瞬變過程中,互感器高壓繞組中將會流過一個幅值很高的低頻飽和電流,使鐵芯嚴重飽和,飽和后的電壓互感器勵磁電感變小,系統網絡對地阻抗趨于感性,此時若系統網絡的對地電感與對地電容相匹配,就形成三相或單相共振回路,可激發各種鐵磁諧振過電壓,造成高壓互感器燒毀。由此可見,如果遇到斷斷續續的接地故障(一般表現為單相接地),是非常容易燒毀電壓互感器,或熔斷高壓熔絲的。上文中提到鐵磁諧振這個詞,所以還有必要講一下鐵磁諧振的產生過程。

四、鐵磁諧振的產生過程及危害
電力系統產生諧振的回路中,電感元件和電容元件就會產生過電壓和過電流,此時的電場能量(電容)與磁場能量交換達到最大值。在高壓回路中,由于線路等電氣設備對地存在分布電容,再加上電壓互感器之類的非線性鐵磁元件電感的存在,具備了構成諧振的必要條件,一旦系統電壓發生擾動,就有可能會激發諧振,由于鐵磁元件的非線性(如鐵芯飽和時感抗會變小),這一諧振會進一步增大,當出現wL=1/wC時,這種諧振稱為鐵磁諧振。鐵磁諧振對地產生很高的過電壓,此電壓可能是額定電壓的幾倍至幾十倍,致使瓷絕緣放電,絕緣子、套管等的鐵件出現電暈,電壓互感器一次熔斷器熔斷,嚴重時將損壞設備。


五、鐵磁諧振的產生原因
在實際運行中產生鐵磁諧振的具體原因,可能有以下幾方面:中性點不接地系統發生單相接地、單相斷線或跳閘,三相負荷嚴重不對稱等。其中,單相接地故障是鐵磁諧振最常見的一種激發方式。與電壓互感器鐵芯的飽和程度有關。在中性點不接地系統中使用中性點接地的電壓互感器時,若其鐵芯過早飽和則更容易產生鐵磁諧振。倒閘操作過程中由于運行方式恰好構成諧振條件,如三相斷路器不同期分合時,都會引起電壓、電流波動,引起鐵磁諧振。終上所述,電壓互感器比較嚴重的故障都跟鐵磁諧振有關系,如何消除或減少鐵磁諧振是確保電網正常運行和保護電壓互感器的重要措施。如何消除鐵磁諧振要先認識一下發生諧振的震蕩頻率。

六、諧振的振蕩頻率分析
Xc0是系統每相容抗;Xm為電壓互感器的單相繞組在額定線電壓作用下的對地勵磁電抗。當比值Xc0/Xm較小(在0.01~0.07)時發生的諧振是分頻諧振。電容和電感在振蕩時能量交換所需的時間較長,振蕩頻率較低。當比值Xc0/Xm較大(在0.55~2.8)時發生的諧振是高頻諧振。發生高頻諧振時線路的對地電容較?。袷帟r能量交換較快。當比值Xc0/Xm接近于1時,發生諧振的諧振頻率與電網頻率相同,故稱之為基頻諧振??梢哉J為:當Xc0/Xm≤0.01或Xc0/Xm≥2.8時,系統不會發生鐵磁諧振。知道這一點,基本可以知道防止鐵磁諧振的方法和措施了。

七、防止鐵磁諧振產生的措施
改變XC/XL的比值,如使用電容式電壓互感器(CVT)或在母線上接入一定大小的電容器,使XC/XL<0.01來避免諧振。電壓互感器開口三角繞組兩端連接一個適當數值的阻尼電阻R(約為幾十歐)。對該供電區域10kV、35kV系統電容電流進行實測,對電容電流超過標準規定的變電站安裝消弧線圈和消諧裝置。經過以上改良,也就基本可以消除10kV不接地系統接地故障造成電壓互感器燒毀的故障。但萬事也不是絕對的,還需要日常保養和對系統的了解、維護,比如:對10kV架空裸導線定期進行隱患排查,使其遠離樹木、建筑物等。在有可能發生接地故障的線路加裝絕緣護套,市區或叢林密集地區用架空絕緣導線代替裸導線。從特性上應該了解鐵磁諧振產生的根本原因是鐵心飽和,即電壓互感器的勵磁特性不好;電壓互感器的非線性鐵磁特性又是產生鐵磁諧振的根本原因,鐵磁元件的飽和效應本身,也限制了過電壓的幅值;回路損耗也使諧振過電壓受到阻尼和限制。所以,在運行維護中,應該首選勵磁特性好的電壓互感器替換原來的互感器。


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