现场︱电压互感器保护技术研究及设计

各位读者,中国电工技术学会定于2016年7月3~4日在北京铁道大厦举办“2016第十一届中国电工装备创新与发展论坛”,主题为“电工行业十三五规划研究与解读”。请感兴趣的读者扫描下方的二维码(或关注微信公众号“电气技术”),浏览会议详情和进行快速注册报名。注册时请准确填写相关信息,会议服务人员将及时与您确认参会事宜。

晋城煤业集团供电分公司的研究人员耿东勇,在2015年第12期《电气技术》杂志上撰文指出,晋城煤业集团供电分公司王台35kV变电站电压互感器存在频繁烧毁现象,本文设计了一种电压互感器保护技术,有效的避免了电压互感器烧毁问题。

我国3~35kV中压供配电系统主要采用中性点非有效接地方式,其供电可靠性要远高于中性点有效接地的供配电系统。从多年的运行经验和近年来中压供配电系统的发展情况看,中性点非有效接地方式也给中压供配电系统带来了一些问题:中性点非有效接地系统中发生单相接地故障时,通常表现为弧光接地的形式,此时非故障相线路对地电压最高可升至3.5倍相电压,系统的过电压往往会在系统绝缘薄弱处引起绝缘对地闪络[1-3]。

电磁式电压互感器(Potential transformer,简称PT)具有非线性的电磁特性。在系统遭受雷击过电压、操作过电压、接地故障恢复以及PT自身不同期合闸等外界因素干扰下,PT铁芯发生饱和,电感量急剧下降,容易和系统参数激发复杂的铁磁谐振,产生高频、工频、低频谐振过电压。同时PT铁芯饱和产生较大励磁涌流以及接地故障恢复时流过PT的低频振荡电流均可能导致PT熔丝熔断,严重时甚至导致PT烧毁[4-11]。

问题提出

晋城煤业集团老区35kV系统中存在由于过电压引起PT烧毁、高压熔丝熔断等问题,多年来一直没有得到有效解决。尤其是挂网运行于该35kV系统中的王台35kV变电站,从投运以来PT已连续十几年在系统接地后发生多次烧毁现象,同时高压熔断器也频繁熔断,严重威胁着设备及电网的安全运行。王台35kV变电站历年PT烧毁及熔断器熔断情况,如表1所示。

表1 历年PT烧毁及熔断器熔断情况统计表

最近一次事故发生在2013年09月07日23点06分,王台35kV变电站运行值班人员在监盘时发现后台机报警“23:06:40 35kV Ⅱ段母线电压UAB越上限,23:07:15 35kVⅡ段母线电压UAB上上限—上限,23:07:30 35kVⅡ段母线电压UAB越下限,23:07:31中王Ⅱ回354相对时间0毫秒母线TV断线告警,23:07:41 2#主变高后备相对时间0毫秒TV断线告警”。

查看电压棒图发现:35kVⅡ段 A相电压为15.2kV,B、C两相电压正常(21.6kV左右),初步判定为A相保险故障,随即到35kV室检查发现室内有烟雾和异味,经开启风扇通风后,检查35kVⅡ段PT,A相保险及A相PT本体炸裂,内部绝缘物质有喷出。现场PT损坏情况,如图1所示。

图1 PT现场损坏情况

原因分析和保护方法研究

仿真和动态模拟的试验结果表明:PT常见故障主要是由于单相接地故障消除后,故障相电压要从地电压升至相电压,正常相要从线电压降至相电压。伴随着这个各相电压变化的过程,储存在电网各相对地电容中的电荷需要重新分配。由于中心点非有效接地系统中只有PT中性点接地,这些电荷必然通过PT绕组和中性点才能构成回路。

在这个由系统各相对地电容和PT绕组励磁电抗构成的振荡回路中,PT励磁电抗的电感非常大,所以该回路的振荡频率很低。加之PT铁芯的饱和特性,通过PT的冲击涌流可以达到很高的值。图2所示:

图2 PT的冲击涌流试验波形

图中蓝线为通过PT的电流,其峰值可达4.2安培,振荡频率5Hz。PT保护熔断器的额定电流一般是0.5A。所以很有可能烧断PT的熔断器或造成PT自身的伤害。为限制该冲击涌流保护PT,可以考虑在PT中性点串接一非线性电阻,并在电网正常运行时用一接触器将其短接,以防止影响PT的测量精度。

该接触器只是在电网发生单相接地故障以后才断开,电网恢复正常运行后迅速短接。如图3所示,在PT中性点加装保护装置后可以有效抑制冲击涌流的试验波形:

图3 PT中性点加装保护装置后可以有效抑制冲击涌流的试验波形

保护设计

PT高速组合式保护装置:采用非线性电阻并连接触器的一次侧保护装置和为防止PT开口三角输出虚假过电压信号二次侧保护装置相结合的方法,能快速有效防止各种PT故障的发生。并且能够防止微机综保接受到虚假过电压信号。PT高速组合式保护装置如下图4所示:

图4 PT高速组合式保护装置示意图

一次侧保护装置(PTB):在PT的中性点使用碳化硅非线性电阻和真空开关并联串接到地排。系统正常运行时真空继电器K闭合旁路碳化硅电阻(SiC)相当于PT的中性点接地,完全抑制系统的测量开口的电压偏移,不影响系统的测量和保护。

电压互感器发生铁磁谐振时,中性点产生位移,使三相电压不对称,在开口三角两端产生零序电压,互感器高压绕组流过零序电流。控制系统发出命令使K断开将SiC投入,有效抑制系统的谐振,接地故障恢复后K延时闭合有效抑制系统的涌流和低频谐振。

二次侧保护装置:高速全频二次消谐器将微机技术用于电网消谐,利用计算机快速、准确的数据处理能力实现傅立叶分析,其选频准确。通过对PT三相电压及开口三角电压的采集,对电网谐振时的各种频率成份能快速分析、处理。

通过微机控制可控硅导通和关断,使PT二次绕组形成有效零序电流流通通道。这个零序电流是对高压绕组中的零序电流所建立的磁通起去磁作用。二次零序电流接近PT二次绕组短路电流,去磁效果非常好。但控制时间短,周期执行3到5次。如下图5所示:通道2为开关信号,通道1为零序电压信号。

图5 二次零序电流接近PT二次绕组短路电流时去磁试效果验波形

母线大能容过电压吸收器:当投切空母线时,母线处在无过电压保护状态中。往往易于引发多种大能量的过电压,危及PT的正常运行。因此需要在母线侧加装大能容过电压吸收器。

电压互感器:选用高质量,2倍以上饱和点的全绝缘电压互感器;柜体结构:选用标准开关柜体,加装隔离刀闸和保护熔断器。

设计后PT柜体内一次主接线如下图6所示:

图6  PT柜体一次接线图

现场应用

2015年4月6日11:52,挂网运行于老区35kV系统上的凤凰山站35kV站变Ⅱ高压进线电缆C相电缆头绝缘击穿引起接地,引起老区35kV系统Ⅱ段母线C相接地,同时长时间接地引发电缆着火造成弧光短路(B、C相短路)。

王台35kV变电站PT保护装置于11:52:15.928采集到波形如图7所示。从图中可以看出,C相电压降低时,A相、B相电压升高且发生畸变,零序电压3U0明显升高。单从波形可以说明C相接地。

图7 PT保护装置故障录波波形

11:52:16.091装置采集到Ua=83.72V、Ub=80.34V、Uc=31.05V、3U0=150.17V、F=12.10,报低频谐振,低频谐振出口情况如表2所示。

表2 低频谐振出口情况

11:52:18.959装置采集到Ua=85.21V、Ub=112.83V、Uc=22.15V,3U0=98.58V,报弧光接地,C相弧光接地出口情况如表3所示。同时王台35kV变35kVⅡ段PT智能开关PT正确动作,消谐电阻投入。

表3 C相弧光接地出口情况

综上所述,王台35kV变电站PT柜改造后,在2015年4月6日接地事故中智能开关投切电阻正确,装置波形及装置出口情况和现场事故现象基本一致。接地事故当天,运行人员对PT进行了仔细检查,未发现明显异常。

2015年4月15日试验人员对PT进行试验,试验结果是PT完好。由此可以看出,该电压互感器保护技术有效解决了电压互感器烧毁问题,保证系统的安全运行。

结论

35kV中性点不接地电网中PT铁磁谐振时产生的过电压常使设备内绝缘击穿、外绝缘放电,且会因事故处理不及时,造成事故扩大;电网中弧光接地使PT经常烧毁;母线上Y0接线的PT一次绕组将成为该电网对地唯一金属性通道,单相接地或消失时,电网对地电容通过PT一次绕组有一个放电的过渡过程,试验测得此时常常有最高幅值达数安培的工频半波涌流通过PT,此时电流有可能将PT高压熔丝(0.5A)熔断。

目前上述问题的处理方案是采用PT一次中性点增加一次消谐器,这个方案对抑制PT涌流有较好的效果,但对于因系统参数的变化导致复杂的PT谐振却没有什么效果。

本文通过对电压互感器保护的研究与设计,采用智能开关与一次消谐器配合使用,当系统正常运行时智能开关闭合,一次消谐器被短路的同时,电压互感器中性点直接接地,当系统遭受弧光接地等异常情况时,智能开关打开,一次消谐器接入中性点,从根本上解决了系统单相接地故障消除后、三相电压恢复平衡时、系统对地涌流通过PT一次中性点造成PT熔丝熔断或PT损坏的问题。能够有效解决PT烧毁问题,对加强电力系统运行维护管理,保障电网安全、稳定和可靠运行具有积极作用。

电气技术(微信号:dianqijishu)

关注电气工程技术、聚焦学科前沿发展

(0)

相关推荐

  • 一次消谐器、微机消谐装置、电压互感器三者之间有何关联?

    我们经常说的一次消谐器.微机消谐装置.电压互感器,他们三者有什么必然联系? 我们首先来了解下:电压互感器(简称PT)按其运行承受的电压不同,可分为半绝缘和全绝缘电压互感器.半绝缘电压互感器在正常运行中 ...

  • 一次消谐器与二次消谐器都是消谐,有何不同?如何选用?

    我们知道电压互感器简称PT,需要保护,保护设备一般都是消谐器,那么一次消谐器与二次消谐器都是消谐器,它们有何不同?怎么何选用? 首先我们来看看它们的区别与联系: 一次消谐器和二次消谐的区别如下: 1. ...

  • 一次消谐、二次消谐、电压互感器三者之间是如何相辅相成的?

    先介绍一下电压互感器:电压互感器按其运行承受的电压不同,可分为半绝缘和全绝缘.半绝缘电压互感器则正常运行中只承受相电压,全绝缘电压互感器运行中可以承受线电压. 半绝缘电压互感器采用二次开口三角绕组上加 ...

  • 【知识卡】铁磁谐振与PT消谐装置讲解

    声明 本号所刊发文章仅为学习交流之用,无商业用途,向原作者致敬.因某些文章转载多次无法找到原作者在此致歉,若有侵权请告知,我们将及时删除,转载请注明出处. 本期我们一起学习的内容是铁磁谐振与PT消谐装 ...

  • 发电机出口PT一次保险与二次保险

    一.PT的作用? 发电机出口PT的作用主要是用来测量发电机电流.电压,供发电机保护和计量用.将大电流大电压转化为小电流电压用于二次的测量, 监视.   PT即电压互感器,potential trans ...

  • 消谐措施的综合应用

    消谐措施的综合应用

  • CMOS集成电路中ESD保护技术研究

    [导读]静电在芯片|0">芯片的制造.封装.测试和使用过程中无处不在,积累的静电荷以几安培或几十安培的电流在纳秒到微秒的时间里释放,瞬间功率高达几百千瓦,放电能量可达毫焦耳 静电在芯片 ...

  • 新一代110kV智能变电站站域保护技术研究

    ★中国电工技术学会出品★ 致力于产业界与学术界融合创新的品牌会议 ①浏览会议通知,请戳下面标题 ☟ ☞会议通知︱2018第十二届中国电工装备创新与发展论坛暨第八届电工技术前沿问题学术论坛(第一轮) ② ...

  • 技术研究:基于房间空调器全年性能系数的室外机翅片设计

            越来越多的国家将全年性能系数(APF)指标替代额定制冷能效比(EER)指标,作为空调器新的性能评价指标.APF 指标考核的全年运行工况分为非结霜工况和结霜工况两大类.提高空调器性能的方 ...

  • 就地化保护工厂化测试系统技术研究及应用

    国网湖北省电力有限公司宜昌供电公司.武汉凯默电气有限有限公司的研究人员陈泽华.陈勇.罗建平.周坤.王义波,在2020年第8期<电气技术>杂志上撰文,从就地化保护现状出发,详细阐述就地化保护 ...

  • GIS中电流互感器现场校验技术研究

    安徽省电力公司电力科学研究院.厦门红相电力设备股份有限公司的研究人员朱胜龙.叶剑涛.张佳庆.张振宇.李社莲,在2017年第12期<电气技术>杂志上撰文指出,随着电力系统的快速发展,企业和用 ...

  • 【好设计论文】FC光纤通道技术研究综述

    摘要:光纤通道是一个为适应高性能数据传输要求而设计的通信协议,满足系统结构的标准化,适应高速.大量.可靠.有效信息通信和处理的要求,它在新一代航空电子系统中已被广泛采用.基于航空电子系统对航空电子网络 ...

  • ​【好设计论文】电动汽车无线充电技术研究与应用探讨

    摘要:能源危机和环境问题越来越受到人们的重视,电动汽车以其节能.环保.低噪声.零排放等优点受到人们的青睐,同时无线充电技术具有接触式充电所不能比拟的优势,因此对电动汽车采用无线充电技术更加符合未来社会 ...

  • 【学习笔记】模拟设计(11):基于marble的三维可视化技术研究

    2016年微型机与应用第09期 作者:程延锋,王俊江,曹红艳,王艳侠 摘要:随着三维可视化技术的高速发展和广泛应用,很多应用工程领域需要三维地理信息系统显示空间数据.据此介绍了marble的特点和应用 ...

  • 【学习笔记】传感器技术(3):传感器系统的高精度Hybrid ADC的研究与设计

    2015年电子技术应用第12期 作者:杜 微,李荣宽 摘  要: 介绍了一种应用于传感器检测系统的高精度Hybrid ADC,此系统是基于双积分ADC与SAR ADC的混合结构.详细描述了此结构提出的 ...