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10 kV TV高压熔丝熔断原因分析及防止措施

2010-05-29傅剑文

浙江电力 2010年4期
关键词:铁磁熔丝中性点

蔡 源,傅剑文,饶 源

(新安江水力发电厂,浙江 建德 311608)

新安江电厂新10 kV系统如图1所示,配变采用干式变,中性点不接地;10 kV TV采用JDZX-10单相浇注电磁式TV,一次侧高压熔丝整定值为0.5 A。电磁式TV伏安特性过电压倍数≤1.9,即电压超过额定电压1.9倍TV就饱和。投入运行以来,已发生 10多次TV高压熔丝熔断故障。相关研究表明,铁磁谐振过电压可以使电磁式TV铁心饱和而造成10 kV TV高压熔丝熔断,下面就此加以分析。

1 10 kV TV高压熔丝熔断原因分析

1.1 铁磁谐振过电压

运行经验证明,在中性点不接地、中性点经消弧线圈接地以及中性点直接接地的3~220 kV电网中,都曾发生过由于电磁式TV铁心饱和引起的铁磁谐振过电压。其中以在中性点不接地配电网中出现较为频繁。

图1 新安江电厂10 kV系统原理接线图

当这种过电压发生时,由于互感器的铁心饱和,导致其绕组的励磁电流大大增加,严重时可达其额定励磁电流的百倍以上,从而引起互感器的熔断器熔断、绕组烧毁甚至爆炸。在有些情况下,这种过电压可能很高,最大为相电压的3.0倍左右,会引起绝缘闪络或避雷器爆炸。另外,当过电压发生时,还会出现虚假接地现象,造成运行值班人员错误判断。

1.2 暂态涌流

如果6~35 kV电网中性点不接地,其母线上Yo接线的电磁式TV一次绕组成为中性点不接地电网对地的唯一金属通道,是电网相对地电容的充、放电途径,这种慢变过程使TV铁心深度饱和,因此在电网接地消失时会在TV一次绕组中出现幅值为数安培的涌流,将TV 0.5 A高压熔丝熔断。

2 铁磁谐振产生的原因

2.1 TV结构及参数变化

3台单相TV组与三相五柱TV的谐振激发方式不同。试验研究表明,单相TV组的起振电压较三相五柱TV低,也就是说,单相TV组容易激发谐振。这主要是由于两者磁路结构有差异,造成零序阻抗不同所致。

三相五柱互感器和单相互感器组的磁路如图2所示,单相互感器组零序磁通的磁路和正序磁通的磁路一样,每相都有自己的闭合回路,因而零序阻抗等于正序阻抗。对三相五柱TV,由于零序磁通经过两个边柱返回,所以其磁路长,而且铁心截面小,因而其零序磁通磁阻较单相互感器组要大得多。由上所述,谐振是由于零序磁通造成的,三相五柱互感器零序磁通遇到的磁阻大,谐振就不容易产生。

新安江电厂在10 kV系统未改造之前,TV使用的是油浸三相五柱互感器,运行20多年未发生谐振过电压造成TV一次高压熔丝熔断就是一个很好的说明。

图2 TV零序磁通经过铁心闭合的回路

2.2 电网参数变化

研究表明,谐振区域与阻抗比XCO/XL有直接关系,1/2分频谐振区阻抗比XCO/XL约为0.01~0.08;基波谐振区的 XCO/XL约为 0.08~0.8;高频谐振区的XCO/XL约为0.6~3.0。当改变电网零序电容时,XCO/XL随之改变,可能会由一种谐振转变为另一种谐振状态。如果零序电容过大或过小,就可以脱离谐振区域,谐振就不会发生。

因此,若XCO/XL<0.01,一般来说谐振就不会发生,相应的线路长度经验公式为:

式中:l为输电线路长度。

根据以上经验公式,计算出新安江电厂10 kV系统可能存在的谐振范围和输电线路应避免谐振的最小距离见表1。

结合图1各线路的距离和表1的统计,除滩头坞101线、罗桐埠104线满足要求外 (不包括与开关站102线联络运行特殊方式),新安江电厂10 kV系统TV参数的选配都满足谐振的条件。

3 防止产生谐振的措施

配电网中消除谐振过电压的措施很多,可以归纳为两类:一类是改变参数,破坏产生谐振的条件;另一类是接入阻尼电阻,增大回路的阻尼效应。现就抑制谐振的常用的3种方法加以分析。

3.1 二次侧开口三角串入消谐电阻(灯泡)

该电阻相当于直接接到电源变压器的中性点上,故其电阻越小,越能抑制谐振的发生。当阻值为零时,即将开口三角两端短接,相当于电网中性点直接接地,谐振就不会发生。

表1 10 kV系统TV避免谐振的最小距离

优点是有一定消谐能力且消谐灯泡单价便宜。该方法的缺点是:

(1)采用白炽灯泡时,由于谐振经常在单相接地消失后产生,白炽灯泡因发热而使其电阻显著增大,所以此时不起消谐作用。

(2)理论上,阻值越小越好,可是实际上当阻值很小时,却因为功率大于TV热容量而容易发生烧TV问题。

(3)使用过程中发现消谐灯泡寿命往往不长,经常需要更换。

(4)装于二次侧,无法抑制一次侧暂态涌流,TV熔丝仍然容易熔断。

因为消谐灯泡有种种局限性,所以近几年来已经很少使用。

3.2 二次侧加装电子消谐装置

正常情况下消谐装置不动作。当发生谐振时,微电脑控制可控硅瞬间短接TV二次侧,谐振消失后断开电路。

该方法的优点是消除谐振功能较好;相对于二次侧消谐灯泡只在谐振发生时短接TV,安全性更高。该方法的缺点是:

(1)无法分辨电网断线谐振。当电网线路中一相导线断线,断线相的对地电容与变压器电感发生工频谐振。此谐振可导致断开相对地有三倍工频相电压,会造成消谐装置动作,TV一次绕组承受很高电压,饱和很严重,再加上二次绕组被可控硅短路,电流更成倍增长,会在较短时间内烧毁该相TV。

(2)早期消谐装置为了提高抑制工频谐振的能力,往往把工频启动电压设置偏低,遇到频繁接地等现象时有可能频繁动作,因此容易烧毁健全相TV。

(3)装于二次侧,无法抑制一次侧暂态涌流,TV熔丝仍然容易熔断。

3.3 加装一次侧消谐器

该装置采用在TV一次中性点与地之间接入一个大容量非线性电阻体,见图3。中性点串入的电阻等价于每相对地接入电阻,能够起到消耗能量、阻尼和抑制谐波的作用。在线路单相接地时,由于中性点O对地带有一定电位,故能相应减少非故障相TV绕组的电压,使TV的饱和程度降低,不至于发生铁磁谐振。由于消谐器安装在一次侧,具有良好的阻尼和限流效果,故很少会将TV熔丝熔断。

图3 LXQ(D)Ⅱ型消谐器接入示意图

该方法的优点是抑制谐振效果好;抑制高压涌流效果好,安装后很少出现TV熔丝熔断的问题。该方法的缺点是:

(1)大容量的非线性电阻不容易烧制,消谐器只能通过250 mA电流。而TV高压熔丝是0.5 A的,所以往往在TV出现故障、高压熔丝熔断之前消谐器就已烧坏,扩大事故。

(2)目前的TV多为弱绝缘,中性点绝缘程度低,而消谐器安装在中性点,大电流流过时,消谐器上会产生一个较高的电压,可能会损坏TV中性点绝缘。

3.4 消谐器选用

消谐器的选择与TV高压绕组X端(尾端)的绝缘等级有关。由于消谐器是串在TV一次绕组中性点与地之间的非线性阻尼电阻,其非线性特征使得消谐器在正常工作电流段具有一定的阻值,从而有效限制了暂态涌流产生的铁磁谐振。但当电网出现异常大电流 (如雷击、电网断线谐振)时,会产生一个比较大的电压,如果TV尾端绝缘等级不强(俗称弱绝缘TV,其高压尾端与二次侧一同输出),就有可能损坏TV X端绝缘。针对上述情况,选用LXQ(D)Ⅱ型消谐器,其D参数元件能有效限制消谐器两端电压,使其在弱绝缘TV的绝缘耐受水平之下,从而有效保护中性点绝缘。

在I段TV消谐器安装后的谐波试验中,发现消谐后比消谐前3次谐波明显增大,但对电气设备无影响。

新安江电厂10 kV系统加装消谐器投入至今,未再发生10 kV系统TV熔丝熔断问题。

4 结语

电磁式TV铁心饱和引起的铁磁谐振过电压,是新安江电厂10 kV TV高压熔丝熔断的主要原因,而引起铁磁谐振过电压的原因是多方面的。消除电磁式TV铁磁谐振过电压的措施有许多,在TV高压绕组中性点串入消谐器是切实可行的方法。

[1] 戈东方,东大文.电力工程电气设计手册(电气一次部分)[M].西安:电力部西北电力设计院,1990.

[2] 丁志坚.电气设备及其运行(一次部分)[M].北京:水利电力出版社,1994.

[3] 曾昭桂,李朝纲.输配电线路运行和检修[M].北京:水利电力出版社,1982.

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[5] DL/T 727-2000互感器运行检修导则[S].北京:中国电力出版社.

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