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摘要:就中性点不接地系统10KV变电站母线PT高压保险熔断原因进行分析,针对各种可能原因的解决措施进行探讨。并以绵阳电业局实际运行发生的案例为例进行分析。
关键词:PT高压保险;熔断;解决措施
中图分类号:TN8文献标识码:A文章编号:1009-0118(2010)-03-0068-02
一、故障过程简况
园艺站2008年8月6日雷雨天气后,10kV I段PT出现高压保险两相熔断;2008年9月23日段雷雨天气后,10kV II段PT出现高压保险两相熔断。历年来常出现PT高压保险熔断现象。
石桥铺站2008年8月6日雷雨天气后,10kV I段PT出现高压保险两相熔断;2008年9月23日雷雨天气后,10kV II段PT出现高压保险两相熔断。历年来常出现PT高压保险熔断现象。
新皂站10kV I段PT在2005年1月14日发生爆炸后,于2005年6月24日再次发生爆炸,经统计,该段PT至投运后,已经发生4次爆炸,每次爆炸时,线路上均有单相接地现象。
二、设备基本情况
园艺10kV I段PT型号:JDZX-10,3支全绝缘,固定安装,0.2/0.5/6P级,25/30/100VA ,二次侧装有太原合创自动化有限公司生产的微机消谐,型号WXZ196;10kV II段PT型号:JSZF-10G,3支全绝缘,固定安装,0.2/0.5/6P级,二次侧装有微机消谐,型号:ER-XX型(北京一二科技)。
石桥铺站10kV I段PT型号:UNE10-5,3支半绝缘,安装在中置式小车上,二次侧装有微机消谐,型号:KSX196微机消谐装置(保定市华异特电气公司),现已损坏,用500W灯代替;10kV II段PT型号:UNE10-5,3支半绝缘,安装在中置式小车上,二次侧装有微机消谐,型号:KSX196微机消谐装置(保定市华异特电气公司)。
新皂站10kV I段PT型号:JDZX16-10,3支全绝缘,固定安装,0.2/0.5/6P级,型号:JDZX11-10BN,1只半绝缘(大连第一互感器厂)。
三、初步故障原因分析
1、10kV系统PT发生铁磁谐振产生过电压
对于10kV系统正常运行时PT的励磁阻抗很大,系统对地阻抗呈容性,三相电压基本平衡,中性点的位移电压很小,但是带有铁心的电感元件会发生磁饱和。在电压互感器的突然投入、10kV 线路发生单相接地、系统运行方式的突然改变、系统阻抗元件分布不合理等因素诱发下都可能产生铁磁谐振。由于该谐振回路没有固定的谐振频率,因此基波、分次谐波、高次谐波都可能引发铁磁谐振。从而使电压互感器的感抗明显降低、励磁电流明显增大,从而造成电压互感器高压保险熔断。
当系统中出现某一相导线突然对地发弧又自动熄弧、电源对只带PT 空母线突然合闸造成其一相或两相绕组内产生巨大的涌流等都会产生零序分量从而激发铁磁谐振过电压。若馈线均带负荷,沿途多经树木丛生的山路,在雷雨大风天气易发生某相接地又自动熄弧的情况。
2、 超低频振荡电流
由于10 kV系统中性点不接地,星形接线的PT高压绕组,是系统三相对地放电的唯一金属通道。
当系统发生单相接地时, PT中性点对地有相电压产生,非接地相的电压升高到线电压,故障点会流过电容电流,其对地电容上充以与线电压相应的电荷。在接地故障期间,此电荷产生的电容电流以接地点为通路,在电源- 导线- 大地间流通。由于PT的励磁阻抗很大,其中流过的电流很小。
当系统接地故障消失后,相当于把导线电荷以接地点通往大地的电流通路切断了,此时非接地相将由原来的线电压瞬间恢复到正常的相电压水平。因此,非接地相积累的电荷只有通过PT对地放电,此时三相对地电容(零序电容)中存储的电荷,将对三相PT及零序PT高压绕组电感放电。这个暂态过程所产生的电流比正常电流大很多倍,其频率低,幅值大,一般称为超低频振荡电流。尽管当中性点经零序PT 接地,由于零序PT的电阻和高电抗,能够使超低频振荡电流幅值得到一定的抑制,但如果零序电容存储的电荷很多(如架空线线路较长,或有电缆线路) ,也会使零序PT承受很大的电流,可达到主PT绕组的三倍,导致零序PT的热容量不够而烧坏。实际上,由于接地电弧熄灭的时刻不同,即初始相位角不同,故障的切除不一定都在非接地相电压达最大值时发生。因此,不一定每次单相接地故障消失时,都会产生超低频振荡电流。同时,超低频振荡电流的大小,还与PT伏安特性有很大关系, PT铁芯越容易饱和,该振荡电流就越大, PT就越易烧坏。
当线路长度大于一定值时, PT 高压熔断器熔断的主要原因是由单相接地故障恢复后的电容放电冲击电流造成的。
3、电压互感器入口电容的冲击电流
10kV电压互感器的x端绝缘通常有全绝缘和弱绝缘两种,全绝缘的电压互感器X端耐受电压与首端相同 (常称为羊角电压互感器),弱绝缘的电压互感器x端工频耐受电压为3kV。对x端为弱绝缘的中性点消谐器的选择.必须能在电网正常运行和受到大的干扰后,均使x端电压限制在其绝缘允许范围内,否则x端子就有可能对地放电,造成一次绕组电流增大,熔丝熔断。
当电网出现大的扰动后,流过消谐器的电流很大时.如遭受雷击,发生断线谐振等,要求消谐器上的电压仍不大于弱绝缘端子的工频耐受电压值,有效地保护互感器弱绝缘一次尾部端子的安全。
解决电压互感器人口电容的冲击电流引起多相熔丝熔断的方法:安装在电压互感器尾端的消谐电阻不能限制雷击时通过人口电容的冲击电流,因此只能依靠提高熔丝本身的抗冲击电流的通流能力来避免或减少熔丝熔断。
四、整改意见及解决措施
1、铁磁谐振
鉴于园艺站与石桥铺站在雷雨天屡次发生的PT熔断器熔断的现象,极有可能是发生单相接地或是某一相导线突然对地发弧,而致使PT饱和发生铁磁谐振。
(1)更换新型微机消谐装置
长期以来,电力系统中铁磁谐振的消除,一直是在PT开口三角形处并接一电阻或灯泡来吸收谐振能量和躲过谐振点,这种方法虽能消除部分谐振,但多数情况下不能成功,还得依靠拉合PT或切除部分负荷,改变系统结构参数来消除铁磁谐振,费时费力,且中断部分用户供电。而新型微机消谐装置,在PT开口三角形输出端并接一双向可控硅,当系统发生铁磁谐振时,PT开口三角形出现伴有不同频率成分的零序电压,将该电压输入微机,微机根据不同频率、不同电压值自动识别并区分系统谐振类型,自动输出脉冲控制可控硅导通,吸收谐振能量,动态消除系统铁磁谐振,从而减少由于发生铁磁谐振造成PT高压侧熔断器熔断事故的发生。
(2)在PT高压侧中性点加装适值电阻
根据彼得逊(德国)提出的谐振原理,当在PT高压侧中性点加装一定阻值的电阻后,可使PT避开分频、基频、高频的谐振区,从而使PT避免谐振过电压。因此,在PT高压侧中性点加装适值电阻可减少由于铁磁谐振造成PT高压侧熔断器熔断事故的发生。
2、 超低频振荡电流
近年来随着城市电网的快速发展和电力电缆的广泛应用,系统对地电容显著增加,参数远离谐振区域,而且电网广泛采用了微电脑消谐器,理应很少发生铁磁谐振,但仍经常发生PT高压熔丝熔断的事故。因此,除铁磁谐振致使园艺站、石桥铺站、新皂站出现PT事故外,极有可能是单相接地故障恢复时出现超低频振荡电流。
(1) PT高压侧经小电阻接地
低频非线性振荡时,中性点接小电阻值,仍能很好的抑制,不会超过PT一次保险所允许的范围。并且电流值与发生谐振时采取消谐措施后的电流最大值基本相等,该种消谐方式能抑制各种谐振和低频非线性振荡所产生的过电压过电流。
3、 综合整改措施
(1)零序PT接线方式
零PT接线方式不但可以很好的抑制高频谐振、基频谐振、分频谐振过电压过电流,也能很好的抑制低频非线性振荡过电压过电流。在发生低频非线性振荡时,闭口三角绕组环流过大,若线路对地电容超过一定值,会使PT二次侧的绝缘破坏,发生PT短路事故。如果将开口三角绕组开路, 4PT就起不到消除谐振的作用,但是仍能对低频非线性振荡过电压过电流有一定的抑制作用。
(2)电源中性点经小电阻接地
中性点经小电阻接地方式可以很好的消除各种谐振过电压、过电流,以及低频非线性振荡所引起的过电压和过电流。但是配电网采用小电阻接地系统,因接地故障使入地电流增大,地电位比中性点不接地、经消弧线圈接地、经高值电阻器接地系统高,增大了低压用户的人身电击和绝缘击穿以至电气火灾危险。最简单有效的安全措施是在变电站施工安装时就将两个接地分开设置,可将两个接地的接地极分开设置,即为低压的系统接地另设一接地极,以切断危险故障电压传导至低压用户的通路,则所有低压用户都可以消除这种高压侧接地故障而导致的电击故障,从根本上消除用户的安全隐患,以保障低压用户的人身和财产安全。
五、结论
以上分析了实际运营过程中高压保险熔断的各种原因及可能的整改意见和解决措施。但是实际的解决方法还要靠工程技术人员进行准确的计算和试验才能得出。相信通过我们不断地努力和实践,一定能彻底消除运行中高压保险频繁熔断的问题。
参考文献:
[1]焦瑾.南京供电公司铁磁谐振事故分析[J].高电压技术, 2004,30(8):68-69.
[2]温新康,10～35 kV中性点不接地系统中防止PT高压熔断的方法,高压电气,2002年第2期
关键词:PT高压保险;熔断;解决措施
中图分类号:TN8文献标识码:A文章编号:1009-0118(2010)-03-0068-02
一、故障过程简况
园艺站2008年8月6日雷雨天气后,10kV I段PT出现高压保险两相熔断;2008年9月23日段雷雨天气后,10kV II段PT出现高压保险两相熔断。历年来常出现PT高压保险熔断现象。
石桥铺站2008年8月6日雷雨天气后,10kV I段PT出现高压保险两相熔断;2008年9月23日雷雨天气后,10kV II段PT出现高压保险两相熔断。历年来常出现PT高压保险熔断现象。
新皂站10kV I段PT在2005年1月14日发生爆炸后,于2005年6月24日再次发生爆炸,经统计,该段PT至投运后,已经发生4次爆炸,每次爆炸时,线路上均有单相接地现象。
二、设备基本情况
园艺10kV I段PT型号:JDZX-10,3支全绝缘,固定安装,0.2/0.5/6P级,25/30/100VA ,二次侧装有太原合创自动化有限公司生产的微机消谐,型号WXZ196;10kV II段PT型号:JSZF-10G,3支全绝缘,固定安装,0.2/0.5/6P级,二次侧装有微机消谐,型号:ER-XX型(北京一二科技)。
石桥铺站10kV I段PT型号:UNE10-5,3支半绝缘,安装在中置式小车上,二次侧装有微机消谐,型号:KSX196微机消谐装置(保定市华异特电气公司),现已损坏,用500W灯代替;10kV II段PT型号:UNE10-5,3支半绝缘,安装在中置式小车上,二次侧装有微机消谐,型号:KSX196微机消谐装置(保定市华异特电气公司)。
新皂站10kV I段PT型号:JDZX16-10,3支全绝缘,固定安装,0.2/0.5/6P级,型号:JDZX11-10BN,1只半绝缘(大连第一互感器厂)。
三、初步故障原因分析
1、10kV系统PT发生铁磁谐振产生过电压
对于10kV系统正常运行时PT的励磁阻抗很大,系统对地阻抗呈容性,三相电压基本平衡,中性点的位移电压很小,但是带有铁心的电感元件会发生磁饱和。在电压互感器的突然投入、10kV 线路发生单相接地、系统运行方式的突然改变、系统阻抗元件分布不合理等因素诱发下都可能产生铁磁谐振。由于该谐振回路没有固定的谐振频率,因此基波、分次谐波、高次谐波都可能引发铁磁谐振。从而使电压互感器的感抗明显降低、励磁电流明显增大,从而造成电压互感器高压保险熔断。
当系统中出现某一相导线突然对地发弧又自动熄弧、电源对只带PT 空母线突然合闸造成其一相或两相绕组内产生巨大的涌流等都会产生零序分量从而激发铁磁谐振过电压。若馈线均带负荷,沿途多经树木丛生的山路,在雷雨大风天气易发生某相接地又自动熄弧的情况。
2、 超低频振荡电流
由于10 kV系统中性点不接地,星形接线的PT高压绕组,是系统三相对地放电的唯一金属通道。
当系统发生单相接地时, PT中性点对地有相电压产生,非接地相的电压升高到线电压,故障点会流过电容电流,其对地电容上充以与线电压相应的电荷。在接地故障期间,此电荷产生的电容电流以接地点为通路,在电源- 导线- 大地间流通。由于PT的励磁阻抗很大,其中流过的电流很小。
当系统接地故障消失后,相当于把导线电荷以接地点通往大地的电流通路切断了,此时非接地相将由原来的线电压瞬间恢复到正常的相电压水平。因此,非接地相积累的电荷只有通过PT对地放电,此时三相对地电容(零序电容)中存储的电荷,将对三相PT及零序PT高压绕组电感放电。这个暂态过程所产生的电流比正常电流大很多倍,其频率低,幅值大,一般称为超低频振荡电流。尽管当中性点经零序PT 接地,由于零序PT的电阻和高电抗,能够使超低频振荡电流幅值得到一定的抑制,但如果零序电容存储的电荷很多(如架空线线路较长,或有电缆线路) ,也会使零序PT承受很大的电流,可达到主PT绕组的三倍,导致零序PT的热容量不够而烧坏。实际上,由于接地电弧熄灭的时刻不同,即初始相位角不同,故障的切除不一定都在非接地相电压达最大值时发生。因此,不一定每次单相接地故障消失时,都会产生超低频振荡电流。同时,超低频振荡电流的大小,还与PT伏安特性有很大关系, PT铁芯越容易饱和,该振荡电流就越大, PT就越易烧坏。
当线路长度大于一定值时, PT 高压熔断器熔断的主要原因是由单相接地故障恢复后的电容放电冲击电流造成的。
3、电压互感器入口电容的冲击电流
10kV电压互感器的x端绝缘通常有全绝缘和弱绝缘两种,全绝缘的电压互感器X端耐受电压与首端相同 (常称为羊角电压互感器),弱绝缘的电压互感器x端工频耐受电压为3kV。对x端为弱绝缘的中性点消谐器的选择.必须能在电网正常运行和受到大的干扰后,均使x端电压限制在其绝缘允许范围内,否则x端子就有可能对地放电,造成一次绕组电流增大,熔丝熔断。
当电网出现大的扰动后,流过消谐器的电流很大时.如遭受雷击,发生断线谐振等,要求消谐器上的电压仍不大于弱绝缘端子的工频耐受电压值,有效地保护互感器弱绝缘一次尾部端子的安全。
解决电压互感器人口电容的冲击电流引起多相熔丝熔断的方法:安装在电压互感器尾端的消谐电阻不能限制雷击时通过人口电容的冲击电流,因此只能依靠提高熔丝本身的抗冲击电流的通流能力来避免或减少熔丝熔断。
四、整改意见及解决措施
1、铁磁谐振
鉴于园艺站与石桥铺站在雷雨天屡次发生的PT熔断器熔断的现象,极有可能是发生单相接地或是某一相导线突然对地发弧,而致使PT饱和发生铁磁谐振。
(1)更换新型微机消谐装置
长期以来,电力系统中铁磁谐振的消除,一直是在PT开口三角形处并接一电阻或灯泡来吸收谐振能量和躲过谐振点,这种方法虽能消除部分谐振,但多数情况下不能成功,还得依靠拉合PT或切除部分负荷,改变系统结构参数来消除铁磁谐振,费时费力,且中断部分用户供电。而新型微机消谐装置,在PT开口三角形输出端并接一双向可控硅,当系统发生铁磁谐振时,PT开口三角形出现伴有不同频率成分的零序电压,将该电压输入微机,微机根据不同频率、不同电压值自动识别并区分系统谐振类型,自动输出脉冲控制可控硅导通,吸收谐振能量,动态消除系统铁磁谐振,从而减少由于发生铁磁谐振造成PT高压侧熔断器熔断事故的发生。
(2)在PT高压侧中性点加装适值电阻
根据彼得逊(德国)提出的谐振原理,当在PT高压侧中性点加装一定阻值的电阻后,可使PT避开分频、基频、高频的谐振区,从而使PT避免谐振过电压。因此,在PT高压侧中性点加装适值电阻可减少由于铁磁谐振造成PT高压侧熔断器熔断事故的发生。
2、 超低频振荡电流
近年来随着城市电网的快速发展和电力电缆的广泛应用,系统对地电容显著增加,参数远离谐振区域,而且电网广泛采用了微电脑消谐器,理应很少发生铁磁谐振,但仍经常发生PT高压熔丝熔断的事故。因此,除铁磁谐振致使园艺站、石桥铺站、新皂站出现PT事故外,极有可能是单相接地故障恢复时出现超低频振荡电流。
(1) PT高压侧经小电阻接地
低频非线性振荡时,中性点接小电阻值,仍能很好的抑制,不会超过PT一次保险所允许的范围。并且电流值与发生谐振时采取消谐措施后的电流最大值基本相等,该种消谐方式能抑制各种谐振和低频非线性振荡所产生的过电压过电流。
3、 综合整改措施
(1)零序PT接线方式
零PT接线方式不但可以很好的抑制高频谐振、基频谐振、分频谐振过电压过电流,也能很好的抑制低频非线性振荡过电压过电流。在发生低频非线性振荡时,闭口三角绕组环流过大,若线路对地电容超过一定值,会使PT二次侧的绝缘破坏,发生PT短路事故。如果将开口三角绕组开路, 4PT就起不到消除谐振的作用,但是仍能对低频非线性振荡过电压过电流有一定的抑制作用。
(2)电源中性点经小电阻接地
中性点经小电阻接地方式可以很好的消除各种谐振过电压、过电流,以及低频非线性振荡所引起的过电压和过电流。但是配电网采用小电阻接地系统,因接地故障使入地电流增大,地电位比中性点不接地、经消弧线圈接地、经高值电阻器接地系统高,增大了低压用户的人身电击和绝缘击穿以至电气火灾危险。最简单有效的安全措施是在变电站施工安装时就将两个接地分开设置,可将两个接地的接地极分开设置,即为低压的系统接地另设一接地极,以切断危险故障电压传导至低压用户的通路,则所有低压用户都可以消除这种高压侧接地故障而导致的电击故障,从根本上消除用户的安全隐患,以保障低压用户的人身和财产安全。
五、结论
以上分析了实际运营过程中高压保险熔断的各种原因及可能的整改意见和解决措施。但是实际的解决方法还要靠工程技术人员进行准确的计算和试验才能得出。相信通过我们不断地努力和实践,一定能彻底消除运行中高压保险频繁熔断的问题。
参考文献:
[1]焦瑾.南京供电公司铁磁谐振事故分析[J].高电压技术, 2004,30(8):68-69.
[2]温新康,10～35 kV中性点不接地系统中防止PT高压熔断的方法,高压电气,2002年第2期