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摘 要:马钢第四钢轧总厂吊车变电所3kV段采用中性点不接地运行方式。在该电网发生某些扰动时,可能会引发电磁式电压互感器的饱和,激发谐振过电压,导致电压互感器高压保险熔断,严重时会使电压互感器烧坏。根据该变电所实际情况进行分析,采取了相应的预防措施,限制电磁谐振发生的概率,确保供电系统稳定。
关键词:电压互感器 谐振 措施 稳定
中图分类号:TM864 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(c)-0093-01
马钢第四钢轧总厂炼钢吊车变电所3kV段采用单母线分段的运行方式,是中性点不接地系统,主要是给该厂炼钢区域的加料跨、精炼跨以及接受跨行车滑线供电,电压互感器采用的是电磁式三相五柱式,型号为JDZX9-3,电压互感器为三线圈,一次侧为星形接法,中性点接地;二次侧一绕组也为星形接法,中性点接地;二次侧另一绕组接法为开口三角,PT变比为3/√3/0.1/√3/0.1/3,当该变电所3kV母线的一段或二段出现单相接地时,该段母线上的电压互感器可以将零序电压的信号反馈给继电保护装置,由继电保护装置会发出接地的报警信号。该供电系统虽然在发生接地故障时能够发出报警信号,但是如果系统的对地容抗和互感器饱和时的励磁电抗达到一定的比例时,就会发生铁磁谐振,产生的过电压也会发出故障信号,同时因为该型号电压互感器的伏安特性较差,发生铁磁谐振时,电压互感器的三相电流将达到励磁电流的数十倍甚至上百倍,此时极易造成电压互感器线圈过热烧毁事故。
1 铁磁谐振
由铁芯的非线性电感元件和系统的电容元件组成,由于铁芯的电感原件具有饱和现象,使回路电感参数成为非线性,这种含非线性电感元件在满足一定的谐振条件下会产生谐振,这种谐振称为电磁谐振。在中性点不接地系统中,如果不考虑线路的有功损耗与相间电容;仅考虑PT的电感L与线路的对地电容CO当CO大到一定值时,PT不饱和时,XL＞Xc,而当PT上加的电压大到一定数值时,PT的铁芯饱和Xl＜Xc,这样就构成了谐振的条件。谐振的区域与阻抗比XC0/XL有直接关系:1)分频谐振阻抗比约为0.01～0.08,谐振特点是三相电压依次轮流升高,超过线电压,一般不超过2倍相电压,三相电压表指针在相同范围出现低频摆动。2)基波谐振阻抗比在0.08～0.15,特点是谐振两相电压升高,超过线电压,但一般不超过3倍相电压,一相电压降低但不等于零。3)高频谐振阻抗比约为0.15～0.3。高次谐波谐振时,三相电压同时升高或其中一相明显升高,超过线电压,但不超过3～3.5倍相电压。当回路中的零序电容改变时,阻抗比也会随之改变,回路中的谐振状态也就可能发生转变。
2 铁磁谐振原因分析及区域确定
以该变电所其中一次的铁磁谐振现象为例,2012年3月9日,吊车变电所二段母线馈线负荷停电检修(加料跨滑线轨道调整),当天由于该段母线B相高压保险烧坏,检修人员将PT小车拉出检修位更换已坏保险,当重新将该PT小车由检修转为运行位置时,该段母线的电压互感器测量的二次电压为A相27V,B相100V,C相为101V,零序电压为71V,后排除了3kV二段无接地点的情况,推断是由于在铁磁谐振造成以上现象,且是基波谐振。上述例子满足了铁磁谐振所需条件,首先是铁磁式电压互感器的非线性效应,这是主要原因,其次,电压互感器的感抗与容抗的参数匹配在一定范围内,最后,除了上述系统条件外,还需要有外界的激发条件,例如、电压互感器突然合闸。
为了确定吊车变电所3kV段的主要谐振区域,便于制定预防措施,首先要测量该系统对地电容电流,从而计算出对地电容数值,吊车开关站3kV段TV二次侧测量电流为0.5A,则TV的感抗数值为XL=K2×V/I=0.18MΩ,该站馈线电缆长度约为1.5km,3kV电缆的容抗为0.004μF/km,所以Xco=1.5×0.004=0.006MΩ,那么XC0/XL=0.006/0.18=0.033,吊车开关站TV的参数XC0/XL大于0.01小于0.08,说明系统如果发生扰动时(如发生单相接地)该站是可能发生电磁谐振的,且是以分频谐振为主。
3 铁磁谐振预防措施
吊车变电所3kV段的谐振区域以分频谐振为主,分频谐振导致的过电压倍数并不是很高,但是此时流过电压互感器的电流极大,会造成电压互感器的损伤。此外,分频谐振造成的过电压会使过电压吸收装置对地有击穿电流,而分频谐振一般持续时间较长,过电压吸收装置内的电弧如果长时间不能熄灭可能会损坏或爆炸,过电压吸收装置爆炸会造成马钢四钢轧厂炼钢区域电网的瞬时低电压,部分高压柜(电机类)可能会因此保护动作跳闸,造成现场停产,事故扩大化,因此为了限制该站的分频谐振,首先对设备进行了一些改造:
1)选用励磁特性饱和点较高的电磁式电压互感器,使电压互感器在一般的过电压下还不会进入饱和区,从而不易构成参数匹配而出现谐振。
2)在3kV母线上装设中性点接地的星形接线电容器组,使谐振阻抗比小于0.01,使其不在谐振区域范围内,不满足其谐振条件。
3)电压互感器绕组中性点经过电阻接地(R=12kΩ)。在高压绕组中性点安装电阻器R后,能够分担加在电压互感器两端的电压,从而能限制电压互感器中的电流。
除了上述措施来限制分频谐振外,通过规范一些操作来避免谐振或减少谐振对设备造成伤害:
1)给母线充电时采用线路及母线一并充电的方式。
2)给母线充电前先切除PT充电后再投入PT,停母线时先切除PT再拉开开关。
3)操作中注意监视母线电压,如电压过高则立即改变方式,合上或拉开引起谐振的开关。
4 结语
吊车开关站3kV段是中性点不接地系统,且发生谐振的频率较高,容易造成因为谐振而产生的一些设备损坏事故,经过测量、计算、分析得知该3kV系统主要是以分频谐振为主,通过设备上的一些改造和对操作方面的一些修改,极大的限制了该站分频谐振的发生,减少了谐振对设备造成伤害的几率,从而确保了四钢轧总厂供电系统的稳定性和安全性。
关键词:电压互感器 谐振 措施 稳定
中图分类号:TM864 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(c)-0093-01
马钢第四钢轧总厂炼钢吊车变电所3kV段采用单母线分段的运行方式,是中性点不接地系统,主要是给该厂炼钢区域的加料跨、精炼跨以及接受跨行车滑线供电,电压互感器采用的是电磁式三相五柱式,型号为JDZX9-3,电压互感器为三线圈,一次侧为星形接法,中性点接地;二次侧一绕组也为星形接法,中性点接地;二次侧另一绕组接法为开口三角,PT变比为3/√3/0.1/√3/0.1/3,当该变电所3kV母线的一段或二段出现单相接地时,该段母线上的电压互感器可以将零序电压的信号反馈给继电保护装置,由继电保护装置会发出接地的报警信号。该供电系统虽然在发生接地故障时能够发出报警信号,但是如果系统的对地容抗和互感器饱和时的励磁电抗达到一定的比例时,就会发生铁磁谐振,产生的过电压也会发出故障信号,同时因为该型号电压互感器的伏安特性较差,发生铁磁谐振时,电压互感器的三相电流将达到励磁电流的数十倍甚至上百倍,此时极易造成电压互感器线圈过热烧毁事故。
1 铁磁谐振
由铁芯的非线性电感元件和系统的电容元件组成,由于铁芯的电感原件具有饱和现象,使回路电感参数成为非线性,这种含非线性电感元件在满足一定的谐振条件下会产生谐振,这种谐振称为电磁谐振。在中性点不接地系统中,如果不考虑线路的有功损耗与相间电容;仅考虑PT的电感L与线路的对地电容CO当CO大到一定值时,PT不饱和时,XL＞Xc,而当PT上加的电压大到一定数值时,PT的铁芯饱和Xl＜Xc,这样就构成了谐振的条件。谐振的区域与阻抗比XC0/XL有直接关系:1)分频谐振阻抗比约为0.01～0.08,谐振特点是三相电压依次轮流升高,超过线电压,一般不超过2倍相电压,三相电压表指针在相同范围出现低频摆动。2)基波谐振阻抗比在0.08～0.15,特点是谐振两相电压升高,超过线电压,但一般不超过3倍相电压,一相电压降低但不等于零。3)高频谐振阻抗比约为0.15～0.3。高次谐波谐振时,三相电压同时升高或其中一相明显升高,超过线电压,但不超过3～3.5倍相电压。当回路中的零序电容改变时,阻抗比也会随之改变,回路中的谐振状态也就可能发生转变。
2 铁磁谐振原因分析及区域确定
以该变电所其中一次的铁磁谐振现象为例,2012年3月9日,吊车变电所二段母线馈线负荷停电检修(加料跨滑线轨道调整),当天由于该段母线B相高压保险烧坏,检修人员将PT小车拉出检修位更换已坏保险,当重新将该PT小车由检修转为运行位置时,该段母线的电压互感器测量的二次电压为A相27V,B相100V,C相为101V,零序电压为71V,后排除了3kV二段无接地点的情况,推断是由于在铁磁谐振造成以上现象,且是基波谐振。上述例子满足了铁磁谐振所需条件,首先是铁磁式电压互感器的非线性效应,这是主要原因,其次,电压互感器的感抗与容抗的参数匹配在一定范围内,最后,除了上述系统条件外,还需要有外界的激发条件,例如、电压互感器突然合闸。
为了确定吊车变电所3kV段的主要谐振区域,便于制定预防措施,首先要测量该系统对地电容电流,从而计算出对地电容数值,吊车开关站3kV段TV二次侧测量电流为0.5A,则TV的感抗数值为XL=K2×V/I=0.18MΩ,该站馈线电缆长度约为1.5km,3kV电缆的容抗为0.004μF/km,所以Xco=1.5×0.004=0.006MΩ,那么XC0/XL=0.006/0.18=0.033,吊车开关站TV的参数XC0/XL大于0.01小于0.08,说明系统如果发生扰动时(如发生单相接地)该站是可能发生电磁谐振的,且是以分频谐振为主。
3 铁磁谐振预防措施
吊车变电所3kV段的谐振区域以分频谐振为主,分频谐振导致的过电压倍数并不是很高,但是此时流过电压互感器的电流极大,会造成电压互感器的损伤。此外,分频谐振造成的过电压会使过电压吸收装置对地有击穿电流,而分频谐振一般持续时间较长,过电压吸收装置内的电弧如果长时间不能熄灭可能会损坏或爆炸,过电压吸收装置爆炸会造成马钢四钢轧厂炼钢区域电网的瞬时低电压,部分高压柜(电机类)可能会因此保护动作跳闸,造成现场停产,事故扩大化,因此为了限制该站的分频谐振,首先对设备进行了一些改造:
1)选用励磁特性饱和点较高的电磁式电压互感器,使电压互感器在一般的过电压下还不会进入饱和区,从而不易构成参数匹配而出现谐振。
2)在3kV母线上装设中性点接地的星形接线电容器组,使谐振阻抗比小于0.01,使其不在谐振区域范围内,不满足其谐振条件。
3)电压互感器绕组中性点经过电阻接地(R=12kΩ)。在高压绕组中性点安装电阻器R后,能够分担加在电压互感器两端的电压,从而能限制电压互感器中的电流。
除了上述措施来限制分频谐振外,通过规范一些操作来避免谐振或减少谐振对设备造成伤害:
1)给母线充电时采用线路及母线一并充电的方式。
2)给母线充电前先切除PT充电后再投入PT,停母线时先切除PT再拉开开关。
3)操作中注意监视母线电压,如电压过高则立即改变方式,合上或拉开引起谐振的开关。
4 结语
吊车开关站3kV段是中性点不接地系统,且发生谐振的频率较高,容易造成因为谐振而产生的一些设备损坏事故,经过测量、计算、分析得知该3kV系统主要是以分频谐振为主,通过设备上的一些改造和对操作方面的一些修改,极大的限制了该站分频谐振的发生,减少了谐振对设备造成伤害的几率,从而确保了四钢轧总厂供电系统的稳定性和安全性。