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35kV電壓互感器諧振故障時(shí)運(yùn)行方式和預(yù)防措施
電磁諧振是電網(wǎng)普遍存在并頻繁發(fā)生的一種過電壓現(xiàn)象,對電網(wǎng)設(shè)備,特別是電壓互感器(TV)設(shè)備危害較大,極易引起TV設(shè)備燒毀及爆炸。下面結(jié)合洪湖市供電公司110kV灘橋變電站35kVTV燒毀情況,分析電磁諧振的過程及防范措施。
110kV灘橋變電站于2004年4月12日投運(yùn)(35kVTV因質(zhì)量問題6月5日投運(yùn))。6月20日14時(shí)30分,運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)35kV電壓互感器失壓。經(jīng)檢查,C相電壓互感器聲音異常,并有絕緣油不斷從油箱頂部溢出。14時(shí)40分經(jīng)調(diào)度同意,35kV電壓互感器退出運(yùn)行。
1故障時(shí)運(yùn)行方式
35kV母線帶灘熊線(17km)、2#站變壓器、TV消諧器投入。35kV系統(tǒng)為不接地運(yùn)行方式。
2故障原因
該TV型號為JDJJ-35(油浸式單相三繞組電壓互感器)。該組TV在投運(yùn)前安裝作常規(guī)試驗(yàn)時(shí),已多次發(fā)現(xiàn)絕緣試驗(yàn)及油試驗(yàn)不合格導(dǎo)致不能正常投運(yùn),并經(jīng)現(xiàn)場處理或更換,其檢查情況及數(shù)據(jù)如下:
(1)3月2日,常規(guī)試驗(yàn)及絕緣油分析試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)三個(gè)TV絕緣油不合格和一個(gè)TV絕緣不合格。
(2)4月2日,更換三個(gè)TV(編號為:382-02、381-02、381-03)后,對更換后的TV進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)及絕緣油試驗(yàn),仍發(fā)現(xiàn)一個(gè)TV(編號為:382-02)不合格。
(3)6月2日,再次更換上述不合格TV(將382-2更換為381-07)后,35kVTV于6月5日35kV灘熊線投運(yùn)時(shí)投入使用。投運(yùn)時(shí)現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)正常。
6月9日、6月12日,因雷擊導(dǎo)致35kV電壓互感器的熔斷器二次熔斷(運(yùn)行記錄)。
6月20日,運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)TV失壓,C相電壓互感器有油冒出。經(jīng)荊州電力試驗(yàn)所對故障TV檢查,結(jié)論為:該互感器絕緣電阻大為降低,不便于做強(qiáng)電檢測試驗(yàn)。綜合分析絕緣油中溶解氣體色譜分析、微水試驗(yàn)及電氣檢測試驗(yàn),該絕緣油油質(zhì)過熱劣化,且已經(jīng)涉及到固體絕緣,微水大大超標(biāo),在相同的溫度下,該互感器繞組直流電阻與合格互感器相比,無明顯差別,可見并未出現(xiàn)匝間擊穿。該互感器儲油柜油與空氣直接相通,且防雨蓋起不到防止雨水滲入及潮氣入侵作用。檢測數(shù)據(jù)如表2。
對于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),如果忽略線路的有功損耗和相間電容,僅考慮TV的電感L與線路的對地電容C0,則等值電路圖可以表示為,當(dāng)C0達(dá)到一定值TV不飽和時(shí),XL>XC0,而當(dāng)加在TV上的電壓繼續(xù)增加,并大到一定數(shù)值時(shí),TV的鐵芯飽和,XL<XC0,這樣就構(gòu)成了諧振條件。
系統(tǒng)正常時(shí),TV鐵芯不飽和,XC<XL,三相負(fù)載呈容性;如果此時(shí)系統(tǒng)電壓發(fā)生擾動(dòng),如系統(tǒng)操作、雷電、接地等,在這個(gè)過渡過程中TV的三相勵(lì)磁繞組所受的沖擊程度不同,受到較大沖擊的相要發(fā)生電壓相位的位移,亦即發(fā)生位移的相中的負(fù)載由容性變?yōu)楦行訶L<XC0;用等值發(fā)電機(jī)原理,。由此可見是一個(gè)串聯(lián)諧振電路。
激發(fā)TV磁飽和發(fā)生諧振的原因有很多,主要為:①操作過電壓:包括互感器在內(nèi)的空載母線或送電線路的突然合閘,使得TV的某一相或二相繞組內(nèi)產(chǎn)生巨大的涌流和磁飽和現(xiàn)象;②雷擊過電壓:由于雷擊或其它原因,線路中發(fā)生瞬間弧光接地,使得其它兩相電壓瞬間升到線電壓,而故障相電壓在接地消失后又瞬間恢復(fù)至相電壓,以至造成暫態(tài)勵(lì)磁電流的急劇增大和鐵芯的磁飽和;③磁飽和的產(chǎn)生也可能由于另一繞組瞬間傳遞過來的過電壓或者系統(tǒng)運(yùn)行方式的突然改變、負(fù)荷劇烈波動(dòng)等所引起的系統(tǒng)電壓的強(qiáng)烈擾動(dòng)。
鐵磁諧振是一個(gè)非常復(fù)雜的非線性振蕩過程,TV伏安特性飽和得越快,諧振的區(qū)域越廣。諧振大致分為分頻諧振、基波諧振、高頻諧振,基波和高次諧波的諧振過電壓的幅值很少超過3Uj,故除非存在弱絕緣設(shè)備,是不會產(chǎn)生危險(xiǎn)的。對于分頻諧波,由于頻率只有工頻的一半,勵(lì)磁感抗相應(yīng)降低一半,使得勵(lì)磁電流急劇增加,有時(shí)甚至達(dá)到額定值的100倍以上,使得互感器發(fā)生嚴(yán)重的磁飽和現(xiàn)象,因而限制了過電壓幅值,通常在2Uj以下,中性點(diǎn)位移電壓一般不超過Uj,但大電流持續(xù)時(shí)間過長,勢必引起TV高壓熔絲熔斷,或者造成TV本身冒油和燒毀。
依據(jù)TV鐵磁諧振理論、現(xiàn)場運(yùn)行方式,有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示:由于TV設(shè)備本身存在嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷,加上運(yùn)行中沒有采取有效的消諧措施,致使設(shè)備絕緣損壞,zui終燒毀。
4預(yù)防措施
電力系統(tǒng)過電壓現(xiàn)象十分普遍,如果沒有防范措施,隨時(shí)都有可能造成電氣設(shè)備損壞和大面積的停電事故。目前,我國35kV及以下配電網(wǎng),仍大部分采用中性點(diǎn)不接地方式或采用老式的消弧線圈接地。從電網(wǎng)的運(yùn)行實(shí)踐證明,中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中由于電壓互感器鐵芯飽和引起的鐵磁諧振過電壓比較多,盡管采取了不少限制諧振過電壓的措施,如:消諧燈、消諧器等等,但始終沒有從根本上得到解決。由于諧振過電壓作用時(shí)間長,所引起諧振現(xiàn)象的原因又很多,因此在選擇保護(hù)措施方面造成了很大的困難。為了盡可能的防止諧振過電壓的發(fā)生,應(yīng)著重從以下幾個(gè)方面采取措施:
在設(shè)計(jì)和設(shè)備選型階段,應(yīng)選用勵(lì)磁特性不易飽和的,絕緣性能較高的TV;
安裝具有自動(dòng)調(diào)諧原理的接地補(bǔ)償裝置,通過補(bǔ)償、全補(bǔ)償和欠補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行方式,來達(dá)到防止諧振過電壓的目的;
在系統(tǒng)的中性點(diǎn)上接入消弧線圈,破壞發(fā)生諧振的條件,能有效抑制諧振過電壓的發(fā)生。
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