浅析铁磁谐振及应对措施
摘要铁磁谐振是电力系统自激振荡的一种形式,是由于变压器、电压互感器等铁磁电感的饱和作用引起的持续性、高幅值谐振过电压现象。首先简述电力系统中性点的接地方式,然后结合我公司中性点不接地系统发生的一起单相接地故障,简要分析铁磁谐振产生的原因,以及应对措施。 关键词电力系统中性点;接地;电压互感器;铁磁谐振 中图分类号TM864文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)062-0106-01
1电力系统中性点接地方式
电力系统中性点是指线路首端电压所连接的变压器绕组三相接成星形接线时绕组的末端连接点。电力系统中性点接地是一种工作接地,接地方式通常有中性点直接接地、中性点不接地(绝缘)或经消弧线圈接地等。 1.1中性点直接接地
是指电力系统中至少有一个中性点直接或经小阻抗与接地装置相连接。这种接地方式是通过系统中全部或部分变压器中性点直接接地来实现的。其作用是使中性点经常保持零电位。当系统发生单相接地故障时,能限制非故障相对地电压的升高,从而可保证单相用电设备的安全。但中性点直接接
地后,单相接地故障电流较大,一般可使剩余电流保护或过电流保护动作,切断电源,造成停电;发生人身一相对地电击时,危险性也较大。所以中性点直接接地方式不适合对连续供电要求较高及人身安全、环境安全要求较高的场合。 1.2中性点不直接接地系统
是指电力系统中性点不接地或经消弧线圈、电压互感器、高电阻与接地装置相连接。中性点不接地可以减小人身电击时流经人体的电流,降低设备外壳对地电压,单相接地故障电流也很小,且接地时三相线电压大小不变,故一般不需停电,因此供电可靠性高。
中性点不接地系统发生单相接地时,会引起三相电压不平衡:发生单相一点接地时,由于系统与地未构成回路,所以短路点流过的电流较小,主要为容性不平衡电流;发生单相一点接地时,线电压大小不变且对称,因此仍可继续运行一段时间,但一般规定不超过2小时。 1.3发生单相接地故障的危害
单相接地又分为金属性接地和非金属性接地两种:金属性接地相电压为零,其他两相电压升高为相电压的1.732倍。当发生这种现象时,为了不使故障扩大,值班员应尽快跳开该线路开关;非金属性接地相电压不为零,而是降低为某一数值,其他两相电压升高,但数值应低于相电压的1.732倍。 当配电网任一支路发生单相接地时,由于电弧不能自行
熄灭,经常发生相间短路,尤其是电缆的三相短路,致使用电设备停电和损坏;若发生断续性弧光接地时,会产生很高的弧光过电压,引起放电击穿和设备绝缘损坏事故;当人体误碰带电部位时,会受到大电流的灼烧;还有可能产生谐振过电压,造成电压互感器烧毁,严重影响电力系统的安全可靠性。 2一起中性点不接地系统单相接地故障简析 2.1中性点不接地运行方式
我公司部分供电系统采用中性点不接地运行方式,如下图:
正常运行方式下,04#变电所两段母线分段运行,其II段母线由中性点不接地的4#主变压器供电,故04#变电所II段母线的配出系统(包括14#变电所、塑料变电所及其配出回路)为中性点不接地系统。
2009年1月20日,04#变电所值班人员在巡检时闻到变电所内有异味,经检查发现II段母线电压互感器已烧坏变形,遂将其退出,后经检查为塑料变电所配出的9#线路(6KV)出现了单相接地故障。 2.2故障原因
由于6KV9#线路发生单相接地故障,系统电气参数发生变化,产生了激磁涌流,导致电压互感器铁芯饱和,引发铁磁谐振,从而产生谐振过电压。铁磁谐振过电压产生原因如下: 电压互感器的非线性铁磁特性是产生铁磁谐振的根本
原因,正常运行时电压互感器的励磁阻抗很大,网络对地阻抗呈容性,三相基本平衡。但在某些扰动下,如单相接地故障的发生和消失、或者是发生单相弧光接地,电压互感器的三相铁芯受到不同的激励而呈现不同程度的饱和,各相感抗发生变化,由于线路电流持续增大,导致电压互感器铁芯逐渐磁饱和,其电感迅速减小,当电感降到满足ωL=1/ωC时,即具备谐振条件。
2.3谐振还能引起三相电压不平衡
随着现代工业的发展,电力用户非线性负荷大量增加,某些负荷不仅产生谐波,还可能引起三相电压不平衡。谐振引起的三相电压不平衡三种情况:
1)基频谐振:当一相电压降低,两相电压升高超过线电压,说明线路发生基波谐振,其特征类似于单相接地,此时查找故障原因时不易找到故障点。若不是接地原因,可能就是谐振引起的。
2)分频谐振:当三相电压均升高,过电压数值较小,说明线路发生分频谐振。
3)高频谐振:当三相电压均升高,过电压数值较大,说明线路发生高频谐振。
还应该引起注意的是,空投母线切除部分线路或单相接地故障消失时,如出现接地信号,且一相、两相或三相电压超过线电压,电压表指针打到头,并同时缓慢移动,或三相电压轮
流升高超过线电压,遇到这种情况,一般均属谐振引起。 3中性点不接地系统避免发生谐振的措施
1)加强设备维护和检修,减少单相接地事故的发生。由于接地故障会危及电力设备的安全运行,致使无功损耗增加,从而降低电压质量,因此在频繁发生接地故障时,应采取线路整改措施,比如对杆塔、绝缘子、横担等进行消缺或者更换,同时对影响线路安全运行的树木、枝杈进行砍伐,以消除可能引发接地故障的隐患。
2)采用抗谐振型电压互感器。这种装置在线路单相接地时,能够使电压互感器各相绕组电压均保持在正常相电压附近而不会饱和,从而很好地抑制铁磁谐振,降低电压互感器一次侧电流,同时也保持了接地指示装置对零序电压幅值和相位的灵敏度,其优点相当突出。
3)系统中性点经消弧线圈接地或接入同类的消弧电抗。变电站电缆出线多,接地电容电流很大,发生接地后电弧不易熄灭,容易激发电压互感器的饱和谐振过电压和间歇性的弧光接地过电压,导致事故跳闸率上升。消弧线圈自动调谐装置可以自动调整消弧线圈的感性电流,补偿故障点的电容电流,使故障点的残流减少,从而达到自然熄弧目的,抑制过电压的产生。运行经验表明,消弧线圈对抑制电磁式电压互感器饱和而产生的谐振过电压,降低线路的事故跳闸率有明显作用。 4)减少同一网络中并联电压互感器台数。同一电网中,