諧振接地技術(shù)分析

諧振接地技術(shù)分析諧振接地技術(shù)分析 中性點(diǎn)經(jīng)過消弧線圈接地的系統(tǒng) 也稱為諧振接地系統(tǒng) 系統(tǒng)中性點(diǎn)與大地之間接入 消弧線圈后 當(dāng)發(fā)生單相接地故障時 接地處的接地電流就可以減少 消弧線圈是一個具 有鐵芯的電感線圈 線圈的電阻很小 電抗很大 消弧線圈的鐵芯留有間隙 填以絕緣紙 板 以避免飽和 它的線圈有分接頭可調(diào)整匝數(shù) 以改變其電抗的大小 1 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)在正常工作時 中性點(diǎn)的電位為零 消弧線圈兩端沒有 電壓 所以沒有電流通過消弧線圈 當(dāng)某一相發(fā)生金屬性接地時 消弧線圈中就會有電感 電流流過 補(bǔ)償了單相接地電流 如果適當(dāng)選擇消弧線圈的匝數(shù) 就使消弧線圈的電感電 流和接地的對地電容電流大致的相等 就可使流過接地故障電流變得很小 從而減輕了電 弧的危害 2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng) 如圖 2 1 所示 當(dāng)發(fā)生一相完全接地時 其電壓的變 化和中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)完全一樣 故障相對地的電壓變?yōu)榱?非故障相對地電壓值升高到 倍 各相對地的絕緣水平是按照線電壓設(shè)計的 因?yàn)榫€電壓沒有變化 不影響用戶的工作 可以繼續(xù)運(yùn)行 2 個小時 值班人員應(yīng)盡快查找故障并且加以消除 3 消弧線圈的補(bǔ)償方法消弧線圈的補(bǔ)償方法 在單相接地故障時 根據(jù)消弧線圈產(chǎn)生的電感電流對容性的接地故障電流補(bǔ)償?shù)某潭?可分為三種補(bǔ)償方式 完全補(bǔ)償 欠補(bǔ)償和過補(bǔ)償 完全補(bǔ)償 I L I C 就是消弧線圈產(chǎn)生的電感電流剛好等于容性的接地電容電流 在接地故障處的電流等 于零 不會產(chǎn)生電弧 欠補(bǔ)償 I LIL I C C 就是由消弧線圈產(chǎn)生的電感電流略大于接地故障處流過的容性接地故障電流 在發(fā)生 完全接地故障時 接地處有大小為 I L I C 的感性電流流過 過補(bǔ)償時 流過接地故障處 的電流也不大 一般也要求補(bǔ)償?shù)讲粫a(chǎn)生電弧為止 1 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)在運(yùn)行時 實(shí)際上都不采用完全補(bǔ)償?shù)姆绞?也不采用欠 補(bǔ)償?shù)姆绞?而采用過補(bǔ)償?shù)姆绞?若采用完全補(bǔ)償?shù)姆绞竭\(yùn)行 在發(fā)生單相接地故障時 是一個諧振的系統(tǒng) 完好相的電容與消弧線圈的電感形成串聯(lián)諧振回路 串聯(lián)諧振也是電 壓諧振 諧振過電壓不但危及系統(tǒng)的對地絕緣 也對消弧線圈形成威脅 因此一般諧振系 統(tǒng)都不采用完全補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行方式 2 諧振系統(tǒng)接地在運(yùn)行時 一般情況下也不采用欠補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行方式 而采用過補(bǔ)償運(yùn)行 方式 因?yàn)槿舨捎们费a(bǔ)償運(yùn)行方式 當(dāng)發(fā)生單相接地時 I L I C 這時若系統(tǒng)運(yùn)行方式改 變 切除部分線路時整個電網(wǎng)的對地電容減少 容抗變大 IC 減小 便有可能滿足完全補(bǔ) 償?shù)臈l件 從而產(chǎn)生諧振過電壓 采用過補(bǔ)償運(yùn)行方式 雖切除部分線路使電容電流減少 了也不會產(chǎn)生諧振過電壓 只要選擇消弧線圈時留有一定的裕度 將來電網(wǎng)發(fā)展 對地電 容增加后 原來的消弧線圈還可以使用 3 但應(yīng)該指出過補(bǔ)償方式下接地點(diǎn)將流過某一數(shù)值的電流 這種電流不能超過某一規(guī)定 值 否則故障點(diǎn)的電弧不能自動熄滅 一般采用過補(bǔ)償方式 補(bǔ)償后的殘余電流不超過 5 10A 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明 各種電壓等級的電網(wǎng) 只要?dú)堄嚯娏鞑怀^下表的允許值 接 地電弧就會自動熄滅 表 2 1 過補(bǔ)償時殘余電流的允許值 額定壓 10KV 6103560110 殘余電流極限值 A 30201053 如果系統(tǒng)中性點(diǎn)位移電壓過高 則單相接地時采用消弧線圈也難以滅弧 因此 要求 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)在正常運(yùn)行時中性點(diǎn)的位移電壓不得超過額定電壓的 15 這樣采用消弧線圈易于滅弧 4 4 自動跟蹤補(bǔ)償裝置 自動跟蹤補(bǔ)償裝置 1 目前 在諧振系統(tǒng)中 除了對消弧線圈合理調(diào)諧 正確動作和適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行維護(hù)外 還 采用了自動跟蹤補(bǔ)償裝置 它能夠避免人工調(diào)節(jié)消弧線圈的諸多麻煩 不會使電網(wǎng)的部分 活全部在調(diào)諧過程中暫時失去補(bǔ)償 能夠保持精確的精度 不僅提高了消弧線圈動作的成 功率 同時還能限制接地過電壓和諧振過電壓 2 自動補(bǔ)償裝置一般由驅(qū)動式消弧線圈和自動測控系統(tǒng)配套構(gòu)成 自動完成跟蹤測量 和跟蹤補(bǔ)償 3 當(dāng)補(bǔ)償電網(wǎng)的運(yùn)行方式改變時 該裝置便自動跟蹤測量電網(wǎng)的電容電流 將消弧線圈 調(diào)諧到合理的補(bǔ)償狀態(tài) 或者當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時 迅速將消弧線圈調(diào)諧到接近諧 振點(diǎn)的位置運(yùn)行 使接地電弧瞬間熄滅 4 為了提高消弧線圈的動作成功率 并減輕運(yùn)行人員的操作負(fù)擔(dān) 應(yīng)優(yōu)先選用自動跟蹤 補(bǔ)償?shù)南【€圈 雖然投資有所增加 但可以對運(yùn)行人員帶來許多方便 而且還能顯著提 高電網(wǎng)的供電連續(xù)性 一 相接地電容電流的危害一 相接地電容電流的危害 中性點(diǎn)不接地的高壓電網(wǎng)中 單相接地電容電流的危害主要體現(xiàn)在以下四個方面 1 弧光接地過電壓的危害 當(dāng)電容電流一旦過大 接地點(diǎn)電弧不能自行熄滅 當(dāng)出現(xiàn)間歇性電弧接地時 產(chǎn)生弧 光接地過電壓 這種過電壓可達(dá)相電壓的 3 5 倍或更高 它遍布于整個電網(wǎng)中 并且持續(xù) 時間長 可達(dá)幾個小時 它不僅擊穿電網(wǎng)中的絕緣薄弱環(huán)節(jié) 而且對整個電網(wǎng)絕緣都有很 大的危害 2 造成接地點(diǎn)熱破壞及接地網(wǎng)電壓升高 單相接地電容電流過大 使接地點(diǎn)熱效應(yīng)增大 對電纜等設(shè)備造成熱破壞 該電流流 入大地后由于接地電阻的原因 使整個接地網(wǎng)電壓升高 危害人身安全 3 交流雜散電流危害 電容電流流入大地后 在大地中形成雜散電流 該電流可能產(chǎn)生火花 引燃瓦斯爆炸 等 可能造成雷管先期放炮 并且腐蝕水管 氣管等 4 接地電弧引起瓦斯煤塵爆炸 二 消弧線圈的作用二 消弧線圈的作用 電網(wǎng)安裝消弧線圈后 發(fā)生單相接地時消弧線圈產(chǎn)生電感電流 該電感電流補(bǔ)償因單 相接地而形成的電容電流 使得接地電流減小 同時使得故障相恢復(fù)電壓速度減小 治理 電容電流過大所造成的危害 同時由于消弧線圈的嵌位作用 它可以有效的防止鐵磁諧振 過電壓的發(fā)生概率 三 消弧線圈接地方式存在的一些問題三 消弧線圈接地方式存在的一些問題 1 單相接地故障時 非故障相對地電壓升高到 3 相電壓以上 持續(xù)時間長 波及全 系統(tǒng)設(shè)備 可能引起第二點(diǎn)絕緣擊穿 引起事故擴(kuò)大事故 2 消弧線圈不能補(bǔ)償諧波電流 有些城市電網(wǎng)諧波電流占的比例達(dá) 5 15 僅諧波 電流就可能遠(yuǎn)大于 10A 仍然可能發(fā)生弧光接地過電壓 3 對于電容電流很大的配電網(wǎng) 如果通過補(bǔ)償要使單相接地故障電流 Ijd 10A 就必 須使系統(tǒng)保持較小的脫諧度 系統(tǒng)的脫諧度過小 對由于三相電容不對稱引起的中性點(diǎn)位 移電壓會產(chǎn)生較強(qiáng)的放大作用 使中性點(diǎn)電壓偏移超過規(guī)程允許值 10A 又可能引起間歇性弧光接地過電 壓 很難保證既使殘余接地電流 Ijd 10A 又保證中性點(diǎn)位移電壓不超過規(guī)程允許值這兩 個相互制約的條件 3 消弧線圈的調(diào)節(jié)范圍受到調(diào)節(jié)容量限制 調(diào)節(jié)容量與額定之比一般為 1 2 如按終 期要求選擇 工程初期系統(tǒng)電容電流小 消弧線圈的最小補(bǔ)償電流偏大 可能投不上 如 按工程初期的要求選擇 工程終期系統(tǒng)電容電流大 消弧線圈的最大補(bǔ)償電流又偏小 也 不能滿足合理補(bǔ)償?shù)囊?4 在運(yùn)行中 消弧線圈各分接頭的標(biāo)稱電流和實(shí)際電流會出現(xiàn)較大誤差 運(yùn)行中就發(fā) 生過由于實(shí)際電流與名牌電流誤差較大而導(dǎo)致諧振的現(xiàn)象 5 由于系統(tǒng)的運(yùn)行方式及系統(tǒng)電壓經(jīng)常變化 系統(tǒng)的電容電流經(jīng)常變化 跟蹤補(bǔ)償困 難 目前的自動跟蹤補(bǔ)償裝置呈百花齊放的景象 實(shí)際運(yùn)行考驗(yàn)時間較短 運(yùn)行情況還不 理想 而且價格高 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 維護(hù)量大 不適應(yīng)無人值班變電站的要求 6 由于上述原因 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地僅能降低弧光接地過電壓的概率 不能消 除弧光接地過電壓 也不能降低弧光接地過電壓的幅值 弧光過電壓倍數(shù)也很高 7 尋找單相接地故障線路困難 目前許多小電流接地選線方法的選線成功率還不理想 往往還要采用試?yán)?8 采用試?yán)〞r 既造成非故障線路短時停電 又會引起操作過電壓 9 系統(tǒng)諧振過電壓高 諧振過電壓持續(xù)時間長并波及全系統(tǒng)設(shè)備 常造成 PT 燒壞 或 PT 熔斷器熔斷 武高所和廣州供電局在區(qū)莊變電站試驗(yàn)中測得 1 2 分頻諧振過電壓達(dá) 2PU 測得由合閘操作激發(fā)的 3 次高頻諧振過電壓達(dá) 4PU 測得 A 相導(dǎo)線斷線并接地于負(fù) 荷側(cè)時 諧振過電壓值為 3 8PU 10 電纜排管或電纜隧道內(nèi)的電纜發(fā)生單相接地時 不及時斷開故障線路 可能引起 火災(zāi) 上海某 35KV 系統(tǒng)電纜就發(fā)生過單相接地一小時后引起火災(zāi) 燒毀電纜隧道中 40 多 條電纜的重大事故 11 尋找故障線路時間較長 在帶接地故障運(yùn)行期間 容易引起人身觸電事故 12 單相接地時 非故障相電壓升高至線電壓或更高 在不能及時檢出故障點(diǎn)的情況 下 無間隙金屬氧化物 MOA 避雷器長時間在線電壓下運(yùn)行 容易損壞甚至爆炸 弧光 接地過電壓 諧振過電壓幅值高 持續(xù)時間長 MOA 由于動作負(fù)載問題 一般不要求 WGMOA 系統(tǒng)內(nèi)過電壓 不能有效利用 MOA 的優(yōu)良特性 不利于 MOA 在配電網(wǎng)的推廣 使用 四 四 以電纜線路為主的配電網(wǎng)的特點(diǎn) 以電纜線路為主的配電網(wǎng)的特點(diǎn) 1 單位長度的電纜線路的電容電流比架空線路電容電流大 10 幾倍 以電纜為主的城 市電網(wǎng)對地電容電流很大 2 電纜線路受外界環(huán)境條件 雷電 外力 樹木 大風(fēng)等 影響小 瞬時接地故障很 少 接地故障一般都是永久性故障 3 電纜線路發(fā)生接地故障時 接地電弧為封閉性電弧 電弧不易自行熄滅 如不及 時跳閘 很容易造成相間短路 擴(kuò)大事故 4 電纜為弱絕緣設(shè)備 例如 10kV 交聯(lián)聚乙稀電纜的一分鐘工頻耐壓為 28KV 而一般 10kV 配電設(shè)備的絕緣水平為 42kV 在消弧線圈接地系統(tǒng)中 由于查找故障點(diǎn)時 間較長 電纜長時間承受工頻或暫態(tài)過電壓作用 易發(fā)展成相間故障 造成一線或多線跳 閘 5 在電纜線路中 高頻振蕩電流幅值大衰減慢 高頻振蕩電流遠(yuǎn)大于工頻電流 在工 頻電流過零時高頻振蕩電流仍然有很大的幅值 維持弧光燃燒取決于高頻振蕩電流衰減的 快慢和工頻電流 消弧線圈不能補(bǔ)償高頻振蕩電流 又由于在電纜線路中消弧線圈補(bǔ)償后 的殘流大 消弧線圈在電纜線路中不能消弧 五 五 PT 諧振諧振 1 PT 諧振 PT 諧振對于 yo yo 電磁式 PT 在正常情況下線路發(fā)生單相接地不會出現(xiàn)鐵磁諧振過 電壓 但在下列條件下 就可能引發(fā)鐵磁諧振 1 對于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng) 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時 故障點(diǎn)流過電容電流 未接地的 兩相相電壓升高 3 倍 但是 一旦接地故障點(diǎn)消除 非接地相在接地故障期間已充的線電 壓電荷只能通過 PT 高壓線圈經(jīng)其自身的接地點(diǎn)流入大地 在這一瞬間電壓突變過程中 PT 高壓線圈的非接地兩相的勵磁電流就要突然增大 甚至飽和 由此構(gòu)成相間串聯(lián)諧振 2 系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振 近年來 由于配電線路用戶 PT 電子控制電焊機(jī) 調(diào)速電機(jī) 等數(shù)量的增加 使得 10kV 配電系統(tǒng)的電氣參數(shù)發(fā)生了很大的變化 導(dǎo)致諧振的頻繁出現(xiàn) 在系統(tǒng)諧振時 PT 將產(chǎn)生過電壓使電流激增 此時除了造成一次側(cè)熔斷器熔斷外 還將導(dǎo) 致 PT 燒毀 個別情況下 還會引起避雷器 變壓器 斷路器的套管發(fā)生閃絡(luò)或爆炸 3 線路檢修 事先不向調(diào)度部門申請辦理停電手續(xù) 隨意帶負(fù)荷拉開分支線路隔離刀 閘或帶負(fù)荷拉開配電變壓器的高壓跌落開關(guān) 造成刀閘間弧光短路而引發(fā)諧振 4 當(dāng)配電變壓器內(nèi)部發(fā)生單相接地故障時 故障電流將通過抗電能力強(qiáng)的絕緣油對地 放電 也會產(chǎn)生不穩(wěn)定的電弧激發(fā)電網(wǎng)諧振 5 運(yùn)行人員送電操作程序不對 未拉開 PT 高壓側(cè)刀閘就直接帶 PT 向空母線送電 引 起 PT 鐵磁諧振 六 新型的消弧消諧及過電壓保護(hù)裝置 這里介紹一種新型的消弧消諧及過電壓保護(hù)裝置 SXH 安徽賽普電力保護(hù)有限公司專 利產(chǎn)品 此裝置原理如下 1 如果接地是穩(wěn)定的金屬性接地 穩(wěn)定性電阻接地或 TV 斷線故障 微機(jī)控制器發(fā) 出指示和告警信號 等待值班人員或微機(jī)選線裝置處理 2 如果接地故障是不穩(wěn)定的間歇性弧光接地 則微機(jī)控制器判斷接地的相別 同時 發(fā)出指令使故障相的真空接觸器閉合 投入高能限壓器 限制故障相的弧道恢復(fù)電壓 吸 收接地引起的電磁能量 減緩系統(tǒng)振蕩 使弧道的介質(zhì)恢復(fù)抗電強(qiáng)度 Ujf 大于弧道恢復(fù)電 壓 Uhf 使恢復(fù)電壓無法再次擊穿故障點(diǎn) 從而完成消弧 數(shù)秒后 令故障相的高壓真空 接觸器斷開 如果是短暫的弧光接地 系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行 如果接地故障時穩(wěn)定的弧光接 地 控制器令故障相和接地的高壓真空接觸器 KD 同時閉合 使系統(tǒng)由穩(wěn)定的弧光接地故 障快速轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的金屬性接地 裝置認(rèn)定此故障為永久性電弧接地故障 等待值班人員 或微機(jī)選線裝置處理 2 系統(tǒng)發(fā)生諧振時 微機(jī)控制器根據(jù)諧振類型進(jìn)行不同的消諧 1 如果系統(tǒng)發(fā)生的諧振是分頻諧振 微機(jī)控制器瞬間短接 PT 的開口三角繞組 破壞 諧振參數(shù) 消除諧振 如果系統(tǒng)發(fā)生的諧振是工頻或高頻諧振 微機(jī)控制器在 PT 的開口 三角繞組接入大功率消諧電阻進(jìn)行消諧 七 此裝置的優(yōu)點(diǎn) 在中性點(diǎn)非有效接地電網(wǎng)中安裝此裝置后 可防止電氣設(shè)備的絕緣故障 并有如下優(yōu) 點(diǎn) 1 能將各類過電壓限制到較低的電壓水平 使因過電壓引起的絕緣事故大為減少 2 其消弧和限制過電壓的機(jī)理與電網(wǎng)的電容電流大小無關(guān) 因而其保護(hù)性能不受電網(wǎng) 運(yùn)行方式的改變和電網(wǎng)擴(kuò)大的影響 3 可有效防止電氣設(shè)備的內(nèi)絕緣因過電壓的多次或長時間作用出現(xiàn)累積性效應(yīng)而降低 在 3 35KV 電力系統(tǒng)中 用電設(shè)備一般都是旋轉(zhuǎn)電機(jī)居多 如果不分穩(wěn)定弧光接地故 障和短暫接地故障而直接令接觸器單相直接接地變?yōu)榻饘傩越拥貢鸨Ｗo(hù)差動跳閘 這 樣會造成停機(jī) 不利于生產(chǎn) SXH 裝置能區(qū)分出短暫的弧光接地故障和長期穩(wěn)定的弧光接 地故障 避免了不必要的麻煩 電網(wǎng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地后有如下好處 電網(wǎng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地后有如下好處 1 0ms 響應(yīng) 電容電流