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電壓互感器的鐵磁諧振及其消諧措施,加裝一次消諧器,破壞諧振條件

來源:網絡    發布于:2012-2-29 20:57:04    點擊:250    品牌:登瑞電氣    【進入產品中心

電壓互感器的鐵磁諧振及其消諧措施
1、諧振條件
在中點不接地系統中,由于接地保護的需要,三相電壓互感器的中點是直接接地的,因此電壓互感器與電網線路對地電容并聯而形成諧振回路,電磁式電壓互感器的電感是非線性的,這種諧振回路為非線性諧振回路,或稱鐵磁諧振回路。
通常,在正常運行時,電壓互感器的感抗XL遠大于電網對地電容的容抗XC,即XL與XC不會形成諧振,但由于某些原因,例如單相接地故障、線路合閘、雷電沖擊等等,使電壓互感器的電感量發生變化,如果XL與XC匹配合適則將產生諧振。
由于電網中點不接地,正常運行時互感器中點N’和電源中點對地同電位,即中點不發生位移,當發生諧振時,互感器一相、兩相或三相繞組電壓升高,各相對地電位發生變動,但因電源電勢由發電機的正序電勢所固定,EA、EB、EC保持不變,在電網這一部分對地電壓的變動則表現為電源中點發生位移,而出現零序電壓,這就是說,諧振的發生是由于中點位移而引起的。
假定當A相電壓下降,B、C相電壓升高,則A相顯容性,而B、C相顯感性。
三相中各阻抗不對稱,電源中點產生位移,在一定條件下將產生諧振。
非線性電感的伏安特性曲線
U—試驗電源相電壓  Uj—非線性電感額定電壓  I*—電流標幺值
諧振的發生必須有激發條件,即必須有使電壓到感器的電感量發生變化的條件。系統中激發條件往往是:空載母線或送電線路的突然合閘;單相接地故障(非故障相電壓升高);傳遞過]電壓及經消弧線圈接地的系統有時消弧線圈退出運行,等等,這些激發條件以單相接地故障最頻繁。

2 諧振的基本特性
a、工頻諧振(基波諧振)
試驗和分析表明,由互感器引發的基波諧振表現為一相電壓降低,兩相電壓升高,且中點移到線電壓三角形之外。
基波諧振產生的過電壓幅值一般不高,對地穩態過電壓不超過2倍,暫態過電壓也不過3.6。
b、高頻諧振(三次諧振波諧振)
在中點絕緣系統中,由于電源不能向電壓互感器提供三次諧波勵磁電流,而使鐵芯中磁通為平頂波,含有三次諧波磁通,對于三個單相電壓互感器而言,三次諧波磁通可在每相電壓互感器鐵芯上流通,因而產生三次諧波電勢,使中點位移產生而發生諧振。
高頻諧振的表現是三相電壓同時升高,即在工頻電壓下迭加三次諧波電壓 ,因為各相基波電壓與三次諧波電壓均相等,所以三相電壓指示相同。
高頻諧振通常在空母線合閘的激發條件下產生。有時,變電站出線很短是也會發生。
高頻諧振會產生較高的過電壓,最高可達3。
c、1/2分頻諧振
除了基波和三次諧波諧振以外,電壓互感器的鐵磁諧振電路還可產生低于電源頻率的分次諧波諧振,其中大多數為1/2次諧波諧振。
1/2分頻諧振時,其諧波波源必然存在電源中點與互感器高壓繞組中點之間,即在UNN,中,它是零序性質的。因此,分頻諧振電壓一般都認為每相對地電壓為電源電勢(基波)和中點位移電壓(1/2次諧波)的相量和。其均方根值為,— 電源相電壓—次諧波諧振時中點位移電壓。
由此可見,1/2分頻諧振表現為三相對地電壓同時升高,實際上諧振頻率與1/2工頻略有差別,所以,電壓表計以低頻來回擺動。
1/2分頻諧振過電壓不高(不超過2),這是由于鐵芯深度飽和所致。因為頻率減半,互感器鐵芯中磁密要比額定時大1倍,使鐵芯飽和,勵磁感抗急劇下降,因而高壓繞組流過極大的過電流,一般可達幾十倍甚至上百倍額定電流,使互感器過熱并產生電動力的破壞。
由于是熱和電動力的破壞,互感器往往有一發展過程,表現為互感器冒煙、熔絲熔斷、油浸互感器噴油等。
如果XC /XL處在兩種諧振區的交界處,有可能是發生基波振而后轉入分頻諧振。
1/2分頻諧振的激發條件大都是單相接地故障又突然消除的暫態過程。由于其起振電壓較低,在一定電網條件下1/2分頻諧振是最容易發生的,而且破壞力很強,也是互感器出現燒壞事故的主要原因。

3、消諧措施
35KV級以下電力網電磁式電壓互感器的鐵磁諧振現象,曾經引起電力部門的高度重視,消除鐵磁諧振的措施有兩大類:破壞諧振條件,阻尼諧振。
屬于第一類的有:增加網絡電容,使≤0.01,不使用電磁式電壓互感器,采用電壓互感器中性點經零序電壓互感器接地,(針對接地故障);第二類措施是在二次或在互感器中點對地加電阻。另外,對電壓互感器有較好的勵磁特性減少諧振的發生,也是有作用的。互感器較好的勵磁特性是建立在降低互感器額定磁密上的,但這很有限,因為受互感器容量,準確級及開關柜的尺寸及制造成本的制約,額定磁密不能降到很低的。

3.1阻尼諧振
阻尼諧振措施包括以下兩類
a) 二次回路加電阻
在互感器開口角回路加阻尼電阻,有固定電阻和電子型,統稱二次消諧,電子型目前普遍采用的微機消諧器,其原理是,電壓互感器發生鐵磁諧振時,中性點產生位移,使三相電壓不對稱,互感器飽和,出現零序磁通,高壓繞組流過零序電流,在開口角兩端,要感應零序電壓,接有電阻時,則有零序電流流通。這個電流是對高壓繞組中的零序電流所建立的磁通起去磁作用的。二次零序電流越大,去磁效果越大,短接時效果最好,如果長期處于短接狀態,則可能不發生諧振。但短接對互感器是不能長期運行的,只允許運行1s以內。因此利用可控硅,在發生諧振時,由CPU采集數據,超過正常電壓值后使可控硅導通,使諧振瞬間消除。諧振消失后,可控硅又恢復阻斷狀態。
這種消諧器的致命弱點是一旦可控硅阻斷失效,即開口三角處于永久性短路,在單相接地或 
其他故障使三相電壓不平衡時,電壓互感器即處于短路運行,會燒壞互感器。這種消諧器失效而造成互感器損壞已經不是“危言聳聽”,事實上已經發現過,“瞬間消諧”的概念也是不確切的。諧振一旦發生,要消除總得有個過程。尤其是由于采集數據的延時,可能錯過阻尼的最佳時間。其“瞬間”如果超過1s,則已不保護互感器的安全了,因為互感器短路運行只允許1s。過去的這類消諧器對可控硅阻斷失效沒有顯示,運行人是不可檢查,不會發現,這又是其弱點。
b)互感器高壓中點經電阻接地
互感器高壓中點經電阻接地,此稱一次消諧,電阻可以是線性的,也可以是非線性的,對于非線性電阻,在工作時,可保持中點對地電位不超過互感器N端對地的絕緣水平。
其消諧機理是單相接地消逝時線路在由線電壓恢復到相電壓的過渡過程中,電容放電電流只能通過電壓互感器高壓繞組入地,理論分析(計算機仿真)及實測表明,這過電流的頻率很低,特別是電容較大的網絡中其頻率只有幾個HZ。我們稱此為超低頻振蕩電流。這個放電電流一般可達到上百倍互感器正常的勵磁電流,因而會使互感器飽和,激發諧振也會使高壓熔斷器熔斷,由于放電電流可達到熔斷器瞬間熔斷的電流,因此,往往深斷器熔斷,而保護了互感器,但有時這個電流小于熔斷器瞬時熔斷值,而引發諧振,則燒壞互感器。當在中點經電阻接地后,這個電阻即限制了放電電流,從而防止了熔斷器熔斷和諧振。
電阻的選擇,目前是通過試驗和計算決定。
一次消諧器也有一些弱點,即電阻的熱容量如果不夠的,會引起電阻的損壞,而失去消諧作用,一次消諧電阻如果過大,會產生危及N端對地的耐壓水平。一般,互感器N端對地耐壓水平為3kV,1min,所以要求消諧電阻上產生的壓降應低于3kV。選用時要注意。另外,該消諧措施帶來一個弊病是三次諧波電流在電阻上產生壓降,已使開口角回路濾出的三次諧波電壓影響正常運行,也造成三相電壓不平衡。

3.2破壞諧振條件
互感器高壓繞組中點經零序電壓互感器接地,即所謂“4VT”接法,屬于破壞諧振條件(指單相接地)類消諧措施。
其消諧原理是,當單相接地時,電壓互感器的一次電壓出現零序和正序電壓,其正序電壓施加在接成三相星形的主PT上,即主PT上的各相電壓不發生變化,而零序電壓(每相零序電壓為電源相電壓Uφ)則由三相主PT和零序電壓互感器承擔,由于三相主PT的零序繞組(開口角回路)短接,其零序阻抗很小,與零序電壓互感器的阻抗相比可以忽略,如此,零序電壓就幾乎全部加在零序電壓互感器上,即零序電壓互感器有相電壓產生,其二次側有電壓輸出而發出接地報警。當接地消逝時,電容放電電流亦通過主PT一次繞組和零序PT一次繞組至地,由于零序PT的高阻抗及較大的直流電阻抑制了這個放電電流,不致引起互感器飽和而不發生諧振。

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