10kV电网系统PT高压中性点串接单相PT运行异常现象原因分析及防治措施
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嘭 铂2 0 0 8年第2 7卷第9 期 1 0 k V 电网系统 P T高压 中性点 串接 单相 P T运行 异常现 象原 因分 析及 防治措施 吴 刚 夭 p q U (中国水利水电第 3 2 程局4 1 0 0 0 7)摘 要 以构皮滩水电工程 1 1 0 k V变电站 l 0 k V电网 P T高压中性点串接单相 P T运行 出现 异常现象为例,并且结合模拟试验详细分析 了其产生的原 因,说明了在 l 0 k V 电网P T高压 中性 点串接单相 P T时应注意的几个I-J 题,对判断类似 l 0 k V电网线路故障具有重要的意义。关键词 l 0 k V电网系统P T高压中性点 单相 P T 故障分析 防治措施 1 引言 在中性点不接地系统中,发电厂及变电站母线 上常有 Y。接线的电磁式 电压互感器,当系统中出 现某些扰动,使 电压互感器(以下简称 P T)三相 电感饱和程度不同时,电网中性点就有较高的位移 电压,这 时可 能 激 发 起 谐 波 谐 振 过 电压 ,由此 引起的熔断 P T高压熔丝 和烧损 P T的现象经常发 生,对 系统 安全 运行威 胁很 大。用 于 防止 中性点绝 缘 系统 中 P T引 起 铁 磁 谐 振 的措 施 装 置 是 非 常 多 的,大致可分为两大类,其一是改变电感 电容的参 数,使其远离谐振 的匹配条件,从而不容易激发起 谐振。另一类是消耗谐振的能量,阻尼抑制或者消 除谐 振 的发生。构皮滩 水 电站 工 程 建 设 1 1 0 k V变 电站 1 0 k V 用电电网采用 P T高压侧 中性点 串接单相 P T的方 法,防止 1 0 k V电 网系统 由于 P T铁 心磁 通 饱 和 而 引起 的谐振 过 电压。自 2 0 0 1年 投 运 以来,多次 发 生当 1 0 k V电网线路故障时,变电站监控 中心仪表 不能正确指示,零序保护不能正确动作等问题,给 值班运行 人 员带来 了很 大 的不便。为此 我局受 业 主 单位 的委 托,在 构 皮 滩 工 程 1 1 0 k V变 电站 l 0 k V 电网系统 中做 了相关故障模拟试验,分析 了 l 0 k V 电网 P T高压侧 中性点串接单相 P T运行异常时仪 表指示不能正确反映线路故障的原因。2 试验方法与条件 构皮 滩工 程 1 1 0 k V变 电站 1 0 k V 电 网采用 P T 高压中性点串接单相 P T消除铁磁谐振过电压的接 线如图 1 所示。图中 K为侧路母线开关,R。为 P T 一 8 一 高 压 熔 丝,T 为 3台 单 相 J D Z J-1 0 P T,T 为 J D Z J-1 0 P T,Y J为接 地 电压 继 电器。A B c 图 1 l O k V 电 网系 统 P T高压 中性 点 串联 单 相 P T接线 图 试 验方 法:本次试 验采 用 S C l 8型 2 4道 携带 式光线示波器在 1 0 k V电网系统 P T二次侧绕组、零 序 P T二 次 绕 组、开 口三 角 绕 组 接 线 端 进 行 测 试;采用 s D J l型配网电容 电流测试仪,将其 电 流输出端接到 T,二次侧开 口三角绕组 间,测量 电 网单相接地电流。其操作步骤如下:分别确定组 成 1 0 k V电网系统 P T二次侧三相绕组、零序 P T二 次绕组、开 口三角绕组 的电压,高压工作人员将 s c l 8型 2 4道携带式光线示波器的输 出端分别接 到以上绕组的两端。接通 s c l 8型 2 4道携带式 光线示波器 的电源,按 3 P T的接 线方式正确设置 电网系统 电压 和 P T接线 方式 后进 行测试。试验条件:1 0 k V电网系统运行方式为年度 正常运行方式。试验前电网系统无倒闸操作,无 维普资讯 http:/ 1 0 k V电网系统 P T高压中性点串接单相P T 运行异常现象原因分析及防治措施 嘭 闻2 0 0 8年第2 7卷第9 期 异常现 象发生。试验应 在正 常天气,湿 度低 于 9 0 情况下进行。所用试验仪器绝缘正常并可靠 接地。当 1 0 k V电网系统正常运行时,母线 P T T 开 口三角绕 组短路,测得 T 开三 角环 流为 0 1 A,零序 P r I 上二次测得的零序电压 U o=0 V,由 T 二 次测得的各相对地 电压归算到高压侧 时分别为 U =5 6 k V,U B=5 6 5 k V,U c=5 6 k V,T 1 二 次 各 相绕组上的电压波形和零序 P r I 二次 电压波形如 图 2所示。图 2 T 开 口三角绕组短 路时的电压波形 3 故 障分 析 构皮 滩工 程 1 1 0 k V变 电站 1 0 k V 电 网 系统 故 障归纳起来,有以下四大类型。3 1 T,开 口三角 绕组 开 路 当 1 0 k V电网系统正 常运 行时,若将 T 开 口 三角绕组开路,这时测得 T 开 口三角绕组两端 电 压为 U=5 0 V,U A=5 7 k V,U B=5 8 k V,U c=5 4 k V,U o=2 8 V,T 各相 绕 组 电压 U 蚰,U b o,U 以及 U 、U o的波形如 图 3所示,由波形 图 可见,U 、U o 主要 为 三 次谐 波,U U U 。中 含有较高的三次谐波分量。由图 2和图 3所示的波形图可见,在串接零序 P T后,若 P rI 开口三角绕组开路,在零序 P r I 上将 有较高的三次谐波 电压,T P rI 各相 绕组 电压 中含 有较高的三次谐波分量。这是 由于激励 电流与磁通 不成线性关系而图一中零序 P rI 又构成三次谐波通 路所造成 的,具体地说,当 P T铁心不饱和时,磁、八 八、,、八 八、广 厂 八、,、八 、八,们 图 3 T P T开 口三 角 绕 组 开路 时 的 电 压 波 形 通按正弦规律变化,但 T P T正常运行 时在额定 电 压作用下铁心已处在饱和状态,在这种情况下,一 次侧 电流 z 是正 弦波,磁通 则是平顶波,根据 P T铁心的磁化 曲线及正 弦波 电流,可画出平顶波 的磁通,其波形如图 4所示,为=()。0 f l 图 4 T P T铁心饱和情况 F 的磁 通和电流 的关系 图 根据傅里叶级数分解可知,非正弦波总可以分 解成许多不同频率的正弦的高次谐波和基波,高次 谐 波 中影 响最 大 的是 三次谐 波,同时 图一 中磁 路磁 阻较小,三次谐波的磁通比较多,总磁通波形 的平 顶程度也更严重,T P,I 二次 电势和磁通 变化 率成 正 比,当磁通 由正的最大值在很短时间 内突然变化 到负的最大值 时,电势会 突然增 高,平顶波 磁通 会 感 应 出尖 顶 波 电势,如 图 3所 示 U 、U U U U。波 形。而 当开 口三 角 绕 组 短 接 时,一 9 维普资讯 http:/ 嘭 羽2 0 0 8年第2 7 卷第9期 1 0 k V电网系统P T 高压中性点串接单相 P T运行异常现象原因分析及防治措施 P T铁心中有三次谐波磁通,它将在三角形联结的 各相 中感应 出三次谐波电势,并且在闭合三角形 中 短路,在三角形联结的各相绕组 中将有三次谐波环 流,这一环流产生三次谐波环流反电势将趋 向于把 铁 心 中原 有 的三次 谐 波 磁通 去 磁,保 证 了 T。P T铁 心 中磁通 为正 弦波。3 2 1 0 k V电网系统单相接地 当 l O k V 电网系统单相接地后(人工 C相接 地),T 开 口三角绕组短接。测得接地 电流为 1 1 4 A,U =9 9 k V,U B=9 9 k V,U c=0 k V(接地 相)。开 口三 角绕组 环 流 为 0 1 3 8 A,零 序 电压:5 6 V。根据图 5,c相接地后,U =3U =5 6 k V:9 6 8 k V,U =0,一 次 侧零 序 电压 1 U 0:(U A d+U d):5 6 2 5 k V 、Ue、U c为对中性点 电压 UB d、U A a为对地电压 Uc a=O 为零序 电压 3 o 图 5 系统单相接地(C相接 地)的 T P,I 一次侧 中性点 电压相量 图 3 3 零序 P T二 次绕 组反接 1 0 k V电网系统单相接地后(人工 C相接地),这时若将零 序 P rr二 次绕 组反 接,测得 U =5 6 k V,U B=5 6 k V,U c=1 1 2 5 k V,这 是 因 为 T P T 一次侧中性点 已不是零电位,对应至二次侧,接地 相电压升高,健全相的电压不再上升为线电压,由 于此时 T P T一次侧中性点电位是 A、B相通过 中 性点与零序 P r r 及大地 的合成 电位 3 U n 对零序 电位 的矢量之和,即 1 1 2 5 k V,如图 5所示。仪表 指示值不 能正确 反映这种故障类型,构皮滩 工程 1 1 0 k V变 电站 1 0 k V 电 网实 际 运 行 中就 出现 过 这 一 D 一 种错误接线,应特别注意。3 4 断相 当 P r r 高压熔 丝断一相时(拉开 C相熔 丝),U=5 7 k V,U B=5 8 5 k V,U c=2 9 k V。T 1 P T开 口三角绕组环流为 0 0 4 A,U o=2 9 V。由于 T P rr 一次侧各相对地电容及其所通过的电容电流值不可 忽视,每相都有一个容抗和感抗并联,电压互感器 的感抗相 当大,容抗大大小于感抗,中性点电位的 变化,主要决定于容抗,三相近于对称,接近于相 电压。另外,C相一次线圈无励磁 电流,但 A、B 相还作用着正常相电压,向量和不为零,其合成磁 通以 C相铁心柱和两个边柱为回路流通,C相铁心 柱经过合成磁通一部分,同时在 c相 的一、二次 侧 线 圈感 应 出 电势,这 个 电势 大 小 视 C相 铁 心 柱 与 两 边 柱 的 磁 阻 比较 而 定,据 有 关 资 料 记 载,实测其值在 0与 6 0 U 之间(是相 电压)。另 外从电路上看,为了分析起见,在 T P rr二次侧可 把接于相 间的电压表 的线 圈用三个等值感抗 u、。来代替,并把它们看成一个三角形接法 的 负载,在 C相 高压侧熔 断器 熔断的情况下,低压 二次电压回路是完整的,在 a、b相电势 E。、E 作 用下,电流不仅 以 a、b相线为 回路流通,也会借 C相相线和零序 P rr二次绕组流过一部分 电流,这 会 在 C相 二次 线 圈里 产 生 电 压 降,这 样 要测 C相 对地电压,实际测 的是上述磁路 引起 的 C相二次 线圈里的电势,和上述电路引起的在二次线圈里所 产生的电压降(包含零序 P T二次绕组产生的电压 降)的向量差,而由于 P T的电流不大,引起 的电 压降也不大,起 主要作用的还是电势,可 以认为电 压表量的基 本上是 电势,它 比正常相 电压降低很 多,主要是边柱磁路分走 了磁通的关 系。4 采取 的措施 从前述分析可知,对于 1 0 k V电网 P r r高压 中 性点串接单相 P rr,为确保 电网运行时仪表指示正 常,应做到如下要求:(1)在串接单相 P T时,一定要将原 P T开 口 三角绕组短接或者串一个灯泡就能解决问题,否则 将在零序 P rr上产生较高 的三次谐波电压,并使得 原 P T各相绕 组上 的 电压波形 畸变。(2)零序 P T二次绕组一定注意不能接反,否则 在电网故障情况下,仪表不能正确反映故障类型。维普资讯 http:/ 1 0 k V电网系统 P T高压中性点串接单相 P T运行异常现象原因分析及防治措施 闻 2 0 0 8年第 2 7卷第 9期(3)1 0 k V电网系统单相接地或者断线的试验 与分析表明,当电网系统出现故障时,零序电压主 要施加于零序 P T上,零序 P r I 二次侧接 的零序 电 压继电器将发出接地信号,各相 电压 的变化仍能有 效地反映故障类 型,在此基 础上可 以进一 步排查 故 障。5 结束语 运 行 实 践 表 明,构 皮 滩 工 程 1 1 0 k V 变 电 站 1 0 k V 电网系统 P T高压侧 中性点 串接单相 P T消除 由 P T铁 心 磁 通 饱 和 引起 的谐 振 过 电 压 十 分 有 效,零序 P T接入后,零序阻抗显著增大,且 T。三相电 感有不同变化时,对总的阻抗的影响很小,从而在 一般激 发下 就很 难进 入 饱和 区 而产生 谐振。通过对 1 0 k V电 网系统 P rI 运行出现异常现象 的原 因分析,在安装和检修 P rI 、零序 P r I 时,由于 接线 的不正确,必然导致仪表不能正确指示,零序 保护不能正确动作。此时根据情况采取措施,就能 有效地判断出 1 0 k V电网线路故障。参考文献 1 杨保 初,刘晓波,戴玉松 高 电压技 术 M 重庆:重庆 大学 出版社,2 0 0 2 2 杨传 箭电气运行 技术变压 器 M 北京:水 利 电力 出版社,1 9 7 7 收稿 日期:2 0 0 7一l 0 一l 9 哼 信 息动 态 特 变 电工新疆变压器厂 两项 产品通过国家级鉴定(一)干式多晶硅变流变压器 2 0 0 8年 4月 2 0日,特变电工新疆 变压器厂承 担研发的干式多晶硅变流变压器一次性通过了由国 家变压器质量监督检验 中心的专家所主持的各项鉴 定试验的考核,产品各性能参数满足并优于相关标 准,符合用户技术协议 中性能参数的相关要求。此次通过鉴定的干式多晶硅变流变压器,是新变 厂为南玻集团宜昌多晶硅项 目提供的特种变压器,也 是国内变压器厂家获得多晶硅还原炉用特种变压器的 第一单。随着国家相关新能源产业政策的陆续出台,新能源产业蓬勃发展。尤其近年来,伴随太 阳能光伏 发电产业的快速发展,对该产业链 中的原材料 多 晶硅的生产及硅片制造业产生了极大的带动和促进作 用,多晶硅项 目在各地开工。由于 目前国内上马的多 晶硅还原炉生产线均由国外引进,同时为多晶硅还原 炉提供电能的变压器不仅存在多容量段输 出、二次输 出电流大的特点,同时还要具有 良好的抗突发短路能 力,对变压器抗系统谐波影响的要求也极为严格。由 于此前国内厂家尚未攻克相关技术难关,无法提供技 术可靠、运行安全的产品,因此多晶硅还原炉使用的 配套设备干式变流变压器也全部从国外购进。而 此次新变厂获得的订单,是多晶硅生产商首次向国内 的变压器制造企业订货,将相关设备 配套任 务交 由国 内优秀企业完成,开创了干式多晶硅变流变压器实现 国内自主研发生产的先河。(二)大容量干式空心并联 电抗器 2 0 0 8年 4月2 0日,由特变电工新疆变压器厂承 担的新产品开发项 目 大容量干式空心电抗器 B K D G K L-1 3 3 3 4 3 5一次性通 过 了 由国家 变压器 质量 监 督检验中心专家主持的各项鉴定试验的考核,各性能 参数满足并优于相关国家标准、用户技术协议要求。此次通过试验的干式空心并联 电抗器系特变电 工新疆 变压器厂为塔吉克斯坦 5 0 0 k V输 电系统提 供的站用设备,是特变电工新疆变压器厂首次开发 生产该类大容量 的干式空心 并联 电抗器。随着 国 内、国外超高压输电网络的大规模建设,远距离输 电线路的电容效应对 电压稳定性及线路损耗的影响 在超高压 网络 中显得更加明显,同时,超高压线路 电压质量 的重要度和近年来广受关注的节能降耗 问 题,为超 高压 输 电 系统 中重要 的无 功补偿 装 置 大容量并联电抗器提供 了广 阔的市场前景。与此同 时,随着干式空心 电抗器在 国内市场 的逐步深入应 用,其安全、运行稳定、免维护和低 噪声等优越的 性能也逐渐得到用户的认可和信赖。而相比于国外 发达地 区电抗器的应用情况,干式空心 电抗器 已经 逐步取代 了油浸式电抗器,在 电力系统 中得到了普 遍、广 泛 的应 用,因此,大容 量干 式 空心 电抗 器 必 将 有 更为广 阔的 市场前 景。该 台产品的开发试制成功并最终获得国家级鉴 定,为后期 向塔吉克斯坦输 变电工程提供满足 需求 的产 品奠定 了基础,也为特 变电工新疆变压器厂研 发、生产大容量干式空心并联 电抗积累了宝贵的设 计、工艺 和 生产经 验。信息来源:中国变压器 一5l 一 维普资讯 http:/
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