影響水電廠10kV系統(tǒng)鐵磁諧振的因素及對策分析

馬云鋒

【摘 要】在水電廠10kV中性點(diǎn)不接地水電廠中的電壓互感器，當(dāng)母線空載或出線較少時(shí)，在合閘充電或線路接地故障等系統(tǒng)參數(shù)突變原因的激發(fā)下，會使電壓互感器過飽和，由此可能產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓，出現(xiàn)相對地電壓不穩(wěn)定、接地指示誤動作、電壓互感器高壓保險(xiǎn)絲熔斷等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致電壓互感器燒毀，繼而引發(fā)其它事故。本文對10kV系統(tǒng)諧振的形成原因進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了預(yù)防消除水電廠10kV系統(tǒng)鐵磁諧振的措施，供行業(yè)內(nèi)參考研究。

【關(guān)鍵詞】10kV系統(tǒng) 鐵磁諧振 對策

1 前言

在水電廠10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，電磁諧振是經(jīng)常存在的問題，嚴(yán)重的影響了企業(yè)的安全生產(chǎn)。2013年7月6日綠水河發(fā)電廠內(nèi)10kV107綠青線線路電纜頭接地，引起本廠I段10kV母線型號為JDZJ電壓互感器 燒毀，綠廠10kVⅡ段母線電壓互感器為JDZJ型歷史上也發(fā)生過2次由于10kV103綠蠻線接地引起鐵磁諧振被燒毀。

2 水電廠10kV系統(tǒng)鐵磁諧振形成原因

綠水河電廠10kV系統(tǒng)是I、Ⅱ段獨(dú)立運(yùn)行的不接地系統(tǒng)，過2臺2000kVA的10kV近區(qū)變聯(lián)接于#1主變低壓側(cè)，兩段各有有有3條10kV輸出線路，肩負(fù)著對附近鄉(xiāng)鎮(zhèn)的供電任務(wù)，在云南個(gè)舊地區(qū)10kV電網(wǎng)中有舉足輕重的作用。由于接地保護(hù)的需要，綠水河電廠三相母線電壓互感器的中點(diǎn)是直接接地的，因此電壓互感器與10kV電網(wǎng)線路對地電容并聯(lián)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(yùn)行時(shí)，電壓互感器的感抗XL遠(yuǎn)大于電網(wǎng)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(fā)生變化，如果XL與XC匹配合適將產(chǎn)生諧振。諧振現(xiàn)象會降低互感器的感抗效應(yīng)，大幅度提升勵(lì)磁電流，使其超過額定數(shù)據(jù)，最終燒毀互感器，或者導(dǎo)致保險(xiǎn)絲熔斷。綠水河電廠10kV系統(tǒng)I、Ⅱ段 母線電壓互感器多次燒毀也源于此因。

3 預(yù)防消除水電廠10kV系統(tǒng)鐵磁諧振的對策

3.1 零序PT法

零序PT法是：在選用母線PT時(shí)采用抗諧振型，同時(shí)在母線PT中性點(diǎn)加裝另一只單相PT接地，此單相PT要求與母線PT伏安特性相同，在此情況下PT的勵(lì)磁電抗能滿足：它們的電壓均和相電壓相同，絕對不會出現(xiàn)飽和問題。采用零序PT的好處是：一方面可以在大幅度增加的情況下還能夠滿足從而使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，另一方面此接地單相PT的二次繞組可以作為接地檢測電壓繼電器的采樣端，能夠有效的提高接地指示裝置本身的靈敏度，如此在母線電壓互感器中性點(diǎn)位置串聯(lián)單相PT能夠獲取更良好的效果。

2013年7月6日綠水河發(fā)電廠內(nèi)10kV107綠青線線路電纜頭接地，引起本廠I段10kV母線型號為JDZJ電壓互感器 燒毀后，我們對本廠10kV母線I、Ⅱ段電壓互感器進(jìn)行改造，10kVI、Ⅱ段母線電壓互感器改為大連互感器廠的JDZJ-10房諧振電壓互感器組合，就是在母線電壓互感器中性電測加裝另一只伏安特性相同單相PT，母線PT一次側(cè)中性點(diǎn)過此單相PT接地，改造后運(yùn)行至今再也沒出現(xiàn)過因?yàn)橹C振過壓燒毀母線PT的事。

3.2 PT中性點(diǎn)經(jīng)消諧器或小電阻接地

為消除本廠10kV系統(tǒng)諧振問題，筆者查閱相關(guān)資料：這種方法在一定程度上可以消耗能量在減小阻抗的同時(shí)有效的抑制諧波，當(dāng)系統(tǒng)單相接地時(shí)，在中性點(diǎn)的位置存在一定的電位值，可以降低與非故障相PT之間形成的電壓，減緩PT的飽和程度，在一定程度上達(dá)到抑制鐵磁諧振的效果。但是，這種方法也會帶來一些弊端，一方面會造成PT開口三角繞組的電壓有一定的降低，從而對系接地裝置的靈敏度產(chǎn)生影響。另一方面串聯(lián)的電阻還要考慮電阻本身的熱容量值。若直接選用線性電阻，會面臨電阻阻值不合適，或者電阻絕緣等級不合適，這樣會造成引線或者電阻被燒毀，甚至?xí)l(fā)生沿面閃絡(luò)現(xiàn)象。非線性電阻具有理想的熱容量，能夠符合放電電流的要求。因此，可以考慮采用非線性電阻與線行電阻串聯(lián)的方式。使用RXQ-10型號的消諧器，內(nèi)部即是由SiC非線性電阻與線性電阻串聯(lián)而成的，這種消諧器的優(yōu)勢是在低壓的條件下能夠展現(xiàn)高阻值的特性，有很好地抗諧振效果。但當(dāng)長時(shí)間單相接地時(shí)，消諧器可能會承受上千伏的高壓。另外，該消諧措施帶來一個(gè)弊病是三次諧波電流在電阻上產(chǎn)生壓降，已使開口角回路濾出的三次諧波電壓影響正常運(yùn)行，也造成三相電壓不平衡。由于以上原因最終綠水河電廠2013年在更換10kV系統(tǒng)母線電壓互感器，以消除諧振時(shí)，并沒有采用此方法。

3.3 PT開口三角繞組接電阻

對于現(xiàn)有的電磁式TV來說，在TV開口三角處接電阻消諧是一比較理想的方法。它具有投資省、施工安全等優(yōu)點(diǎn)。但在安裝之前，必須合理選擇消諧電阻值及相關(guān)的電氣參數(shù)，注意有關(guān)安全運(yùn)行和TV測量精度等問題。將電阻接在開口三角繞組的兩端時(shí)，會增加某一側(cè)的電流值，因此PT本身的容量也需要增加?？紤]到要抑制諧波角度，當(dāng)電阻的阻值越小，抑制諧波的角度效果越明顯，但是會引發(fā)PT的過載問題。當(dāng)諧振時(shí)間過長時(shí)，可能會發(fā)生PT燒毀或者保險(xiǎn)絲熔斷的危險(xiǎn)。按照經(jīng)驗(yàn)，燈泡的阻值在10kV系統(tǒng)中接入的PT開口三角繞組的電阻取值在16.5-33歐范圍內(nèi)時(shí)可以選擇220V，500W的白熾燈作為電阻，在諧振形成的時(shí)候燈泡阻值還處于相對較小的狀態(tài)，當(dāng)單相處于穩(wěn)態(tài)接地狀態(tài)時(shí)燈泡的阻值開始增加，處于較大的狀態(tài)可以有效的防止PT過載問題。在實(shí)際的運(yùn)行過程中，這種裝置仍然無法理想的防止鐵磁諧振，在諧振出現(xiàn)以及系統(tǒng)單相接地狀態(tài)時(shí)，PT某側(cè)電流會急劇增加，自身的元件功能不良使消除諧振效果受限。源于此因綠水河電廠更換10kV系統(tǒng)母線電壓互感器以消除諧振時(shí)，沒有采用此方法。

4 結(jié)語

綜上所述，使用抗諧振母線PT以及在母線PT中性點(diǎn)串聯(lián)單相PT接地，在10kV系統(tǒng)單相接地的前提下，PT各相繞組電壓可以維持在一定的正常范圍內(nèi)，不會發(fā)生飽和的情況，在減輕鐵磁諧振的同時(shí)還能夠有效的降低PT某一側(cè)的電流值，此外，還能夠使接地指示裝置的靈敏度不受影響，具有顯著的優(yōu)勢，可以很好地應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)行當(dāng)中。

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