系统中发生的基频铁磁谐振过电压会带来哪些危害

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一叶畅舟叶华源1297
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电力系统出现铁磁谐振时,将出现超出额定电压几倍至几十倍的过电压和过电流,导致瓷绝缘放电,绝缘子、套管等的铁件出现电晕,电磁式电压 互感器一次熔断器熔断,严重时将损坏设备。
分频谐振对系统来说危害性相当大,在分频谐振电压和工频电压的作用下,PT铁芯磁密迅速饱和,激磁电流迅速增大,将使PT绕组严重过热而损坏(同一系统中所有PT均受到威胁),甚至引起母线故障造成大面积停电。
系统的中性点不接地系统,当系统遭到一定程度的冲击扰动,从而激发起铁磁共振现象。由于对地电容和互感器的参数不同,可能产生三种频率的共振:基波共振、高次谐波共振和分频谐波共振。各种共振的表现形式如下:
基波共振。系统二相对地电压升高,一相对地电压降低。中性点对地电压(可由互感器辅助绕组测得电压)略高于相电压,类似单相接地,或者是二相对地电压降低,一相对地电压升高,中性点有电压,以前者为常见。
分频谐波共振,三相电压同时升高,中性点有电压,这时电压互感器一次电流可达正常额定电流的30~50倍以致更高。中性点电压频率大多数低于1/2工频。
高次谐波共振,三相电压同时升高,中性点有较高电压,频率主要是三次谐波。
在正常运行条件下,励磁电感L1=L2=L3=L0,故各相对地导纳Y1=Y2=Y3=Y0,三相对地负荷是平衡的,电网的中性点处于零电位,即不发生位移现象。
但是,当电网发生冲击扰动时,如开关突然合闸,或线路中发生瞬间弧光接地现象等,都可能使一相或两相对地电压瞬间升高。如果由于扰动导致A相对地电压瞬间升高,这使得A相互感器的励磁电流突然增大而发生饱和,其等值励磁电感L1相应减小,以致Y1≠Y0,这样,三相对地负荷变成不平衡了,中性点就发生位移电压。如果有关参数配合得当,对地三相回路中的自振频率接近于电源频率,这就产生了严重的串联谐振现象,中性点的位移电压(零序电压)急剧上升。
三相导线的对地电压UA、UB、UC等于各相电源电势与移位电压的向量和,当移位电压较低时向量迭加的结果可能使一相对地电压升高,另外两相则降低;也可能使两相对地电压升高,另一相降低。一般以后者为常见,这就是基波谐振的表现形式。
电压互感器的一组二次侧绕组往往接成开口三角形式,当线路发生单相接地时,电力网的零序电压(即中性点位移电压)就按比例关系感应至开口三角绕组的两端,使信号装置发出接地指示。显然在发生上述铁磁谐振现象时,位移电压同样会反映至开口三角绕组的两端,从而发生虚幻接地信号,造成值班人员的错觉。
由模拟试验中得出,分次谐波谐振时过电压并不高,而电压互感器电流极大,可达额定电流的30~50倍,所以常常使电压互感器因过热而爆炸。基波谐振时过电流并不大,而过电压较高。高次谐波谐振时,一般电流不大,过电压很高,经常使设备绝缘损坏。
三次谐波电压的产生可以认为是由电压互感器的激磁饱和所引起的。如中性点绝缘的电源对三相非线性电感供电。由于未构成三次谐波电流的通路,故各相中出现三次谐波电压,并在辅助绕组开口三角处产生各相三次谐波电压合成电压。当不大的对地电容与互感器并联形成振荡回路,其振荡回路的固有频率为适当数值时将引起甚高的三次谐波过电压。三次谐波共振的发生,需要足够高的运行电压,因为电压低时互感器饱和甚微,它所含的三次谐波将极校基频情况下的电压升高,是因为随铁心电感饱和程度不同,合成导纳可能呈电容性或电感性。回路中电流变化时,合成导纳的数值和相位将显著变化,显然随三相线路各相中电压电流数值不同,各相合成导纳的数值和相位差别将很大,因而引起中性点位移,并使某些相电压升高。
在分次谐波谐振时,三相电压同时升高;在基波谐振时,两相电压升高,一相电压降低;在三次谐波谐振时三相电压同时升高。
为了消除这种谐波过电压,在中性点非直接接地的系统中,可采取下列措施:
1选用励磁特性较好的电磁式电压互感器或只使用电容式电压互感器。
2在电磁式电压互感器的开口三角形中,加装R≤0.4Xm的电阻(Xm为互感器在线电压下单相换算到辅助绕组的励磁电抗),或当中性点位移电压超过一定值时,用零序电压继电器将电阻投入1min,然后再自动切除。
3在选择消弧线圈安装位置时,应尽量避免电力网的一部分失去消弧线圈运行的可能。
4采取临时的倒闸措施,如投入事先规定的某些线路或设备等。
5中性点瞬间改为电阻接地。
我局在刘家岭、茶山坳、松柏变电站电磁式电压互感器的二次开口三角线圈两侧加装了灯泡,用以消除电感、电容中的交换能量,破坏谐振的条件,达到了消除铁磁谐振的目的。
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创远信科
2024-07-24 广告
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