小電流接地系統(tǒng)PT消諧相關(guān)問題的探討

1、小電流接地系統(tǒng)4pt消諧問題的探討王世旭 李法章 張國紅 連經(jīng)斌(鄭州供電公司，河南鄭州 450006)摘要：在小電流接地系統(tǒng)中，由于pt勵磁電感的非線性特性，在一定條件下容易產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓，會給系統(tǒng)的安全運行帶來嚴重隱患。近年來，供電系統(tǒng)大都用在pt中性點串接第四支pt的方法來消除其諧振。隨著智能電網(wǎng)目標的提出，消諧pt二次接線不統(tǒng)一的特點亟待解決，這同時也影響了運行人員的正確判斷。本文重點分析幾種目前常見的pt消諧的原理，以及運行時的注意事項，為以后整改及優(yōu)化提供一定的依據(jù)。關(guān)鍵詞：小電流接地系統(tǒng)；消諧；電壓互感器；接線方式discussion on the common proble

2、m of anti-resonance using 4 pt in the neutral node ungrounded power systemwang shixu, li fazhang , zhang guohong, lian jingbin(zheng zhou power supply company ,450006 ,zhengzhou henan)abstract: in the neutral node ungrounded power system, ferro resonance due to the nonlinear excitation inductance of

3、 three-phase inductive potential transformer (pt) once happened, has a serious impact on the safety operation of power system. in recent years, connecting single-phase pt to the neutral point of three-phase pt high voltage side is used by mostly power systems. with the proposed of smart grid, the ch

4、aracter of the anti-resonance pt which the connection mode of secondary circuits non-normative is urgent to resolve. this character affected the judgments of the peoples on duty. this paper mainly analyses the principles and the notes of these pt, the results of this paper are proved to be of use in

5、 optimizations and rectifications for the anti-resonance pt.keyword: the neutral node ungrounded power system; ferro resonance elimination; potential transformer; wirings connections1引言1okv pt二次接線除了測量以外，還有兩種作用：其一是當1okv母線接地時或者斷線，根據(jù)整定，發(fā)出相應(yīng)信號；第二個作用就是消除諧振。在35kv及以下的中性點不接地系統(tǒng)中，當系統(tǒng)的電容電流較大時，在單相接地恢復(fù)的瞬間，容易發(fā)生電壓

6、互感器一次高壓熔斷器熔斷事故，這樣就會影響系統(tǒng)的正常運行和電費的計量，造成很大的損失，嚴重時甚至燒毀電壓互感器。pt高壓側(cè)熔斷器熔斷其原因有電力系統(tǒng)發(fā)生單相間歇性電弧放電、樹竹接地等使系統(tǒng)產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓；pt本身內(nèi)部出現(xiàn)單相接地或匝間層間相間短路故障；pt二次側(cè)發(fā)生短路而二次側(cè)熔斷器未熔斷造成高壓熔斷等等1 2。根據(jù)國內(nèi)經(jīng)驗介紹，消除諧振的措施有以下幾種 34:1) 系統(tǒng)加裝消弧線圈； 2) 采用臨時倒閘措施，改變運行方式，限制諧振發(fā)生；3) 選用勵磁特性好的pt，使鐵芯不易飽和；4) 在pt開口三角繞組并接200-50ow白熾燈或阻抗；5) 在pt高壓中性點串接一定的阻抗或者單相零序電壓

7、互感器；6）在 pt 開口三角繞組上加裝性能良好的消諧器；從穩(wěn)定性與安全性考慮，裝設(shè)消弧線圈消除鐵磁諧振過電壓是最好措施，但是其成本較高，部頒規(guī)程規(guī)定:35kv和10kv系統(tǒng)的電容電流分別大于10a和30a時應(yīng)裝設(shè)消弧線圈；采用倒閘措施則不能保證時效性；并接白熾燈或阻抗存在不穩(wěn)定性；消諧器裝置本身比較復(fù)雜，元器件較容易故障。近年來 ，在pt高壓中性點串接單相零序電壓互感器的方法得到廣泛的推廣，效果很好，采用這種方式的優(yōu)點一是增加零序阻抗；二是在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，產(chǎn)生的零序電壓主要加在零序電壓互感器上，原pt只反應(yīng)正序電壓。無論是原星形接線pt，還是新加裝的零序電壓互感器，pt鐵芯都將很難進人

8、飽和區(qū)而產(chǎn)生諧振過電壓。但目前相應(yīng)10kv pt二次接線有很多種，很不統(tǒng)一。隨著綜合自動化變電站的增多，由于綜自變電站二次負載阻抗較常規(guī)變電站要大，如果pt三次繞組開路，則會使三次諧波無法形成通路，進而產(chǎn)生pt中性點偏移，造成運行隱患。2系統(tǒng)單相故障時， pt中性點串接單只pt時一次電壓分析設(shè)a相金屬接地，并設(shè)a、b、 c三相pt及零序pt的勵磁電抗分別為z和z，顯然他們的正序電抗等于零序電抗，其一次側(cè)等值電路和向量圖如下所示：此時，a相電抗已成為z和z，根據(jù)基爾霍夫定律可得中性點位移為: （1）當n直接接地時，z=0,則有： （2） 若接有與其他pt相同的零序pt時，有z=z,則有： （3）

9、如果zz時，更低，假如z無窮大時，則有根據(jù)計算，此時加在每相pt一次繞組上的電壓為： （4） 由上式可知，加在每相pt上的零序電壓已由降到。因而使得非故障相上的電壓由降到1.146，而pt允許長期在1.1倍額定電壓下運行，故單相接地時，pt磁密降低，減少了諧振發(fā)生的概率，減少了因飽和而激增的勵磁電流。零序pt上的電壓為，如向量圖所示: 圖1 系統(tǒng)單相接地一次側(cè)等值電路 圖2 系統(tǒng)單相接地時向量分析圖 3幾種常見二次接線方式分析下面就1okv幾種常見消諧pt的二次接線從1okv母線接地時的靈敏度及消諧等兩個方面加以討論。1、由于在 1okv pt高壓中性點串接第四支pt，系統(tǒng)單相接地時故障相電壓

10、近似為ov,其它相對地電壓升為線電壓，但加在原來3只pt繞組上的電壓仍為對稱的正序電壓，零序電壓加在零序電壓互感器上。第一種接線如圖3所示，pt三次繞組順極性串接并與第四支pt二次繞組順極性連接。pt變比為： 圖3 常規(guī)4pt二次接線方式 圖4 4pt閉環(huán)接線方式當系統(tǒng)發(fā)生a相單相金屬接地，不考慮不平衡電壓時，根據(jù)前面的分析以及變比可得，此時開口三角的電壓為： （5） 在這種接線方式下，如果因為pt自身故障等原因引起pt高壓保險熔斷一相或兩相時，產(chǎn)生的現(xiàn)象也和常規(guī)三pt接線方式不一樣。如果不考慮斷口電容感應(yīng)和其他因素的影響，通過理論分析并結(jié)合現(xiàn)場運行實際數(shù)據(jù)，我們有以下結(jié)論：（1）高壓保險一相

11、熔斷時，現(xiàn)象為：相電壓兩相不變，一相降為正常值1/3,線電壓一個不變，兩個降低，3u0增加。（2）高壓保險兩相熔斷時，現(xiàn)象為：相電壓一相不變，兩相降低一半左右；線電壓三相幅值都大幅降低，3u0增加。在串接零序pt后，若pt開三角繞組開路，在零序pt上將有較高的三次諧波電壓，一次側(cè)各相繞組電壓中含較高的3次諧波分量。假如此時電壓的正弦波形中含有三次諧波分量，則pt開口三角處的電壓為: （6）可見當發(fā)生三次諧波諧振時，在pt二次側(cè)開口三角處所顯現(xiàn)的電壓是相電壓中三次諧波分量的3倍，當這個分量足夠大時，就會使接在開口三角處的電壓升高，造成單相接地假象。2、為了消除電壓互感器中的三次諧波，常將三角形開

12、口短接，而當開三角繞組短接時，當在鐵心中有三次諧波磁通，便將在三角形連接的各相中感應(yīng)出三次諧波電勢，且在閉合三角形中短路，在三角形連接的各相繞組中將有三次諧波環(huán)流，這一環(huán)流產(chǎn)生三次諧波環(huán)流反電勢，將趨向于把鐵心中原有的三次諧波磁通去磁，即可保證原鐵心中磁通為正弦波。此時僅用第四個電壓互感器測量電壓，以監(jiān)測1okv供電系統(tǒng)對地絕緣情況，典型線路如圖4所示。如果單相接地時，絕緣監(jiān)察裝置電壓值為： 由此可以看出，此種接線方式靈敏度較低；而且此種接線過渡過程前幾十個周波內(nèi)，系統(tǒng)側(cè)pt一次側(cè)流過較大幅值的暫態(tài)電流，閉口三角流過的零序電流也很大。特別是在線路電容電流很大時，情況會更嚴重，有可能引起發(fā)熱乃至

13、熱擊穿，從而不能起到有效的保護作用。而且如果由于pt內(nèi)部故障或者其他原因引起pt高壓保險熔斷一相或者兩相的時候，閉環(huán)產(chǎn)生的電壓向量分析如圖5、圖6所示，此時閉環(huán)電流也將大過允許值，需要運行人員盡快處理。而目前110kv變電站大部分已經(jīng)實現(xiàn)無人值守，出現(xiàn)此類異常如果不及時處理時極易造成pt爆炸等后果的擴大。2006年，鄭州供電公司某110kv變電站，由于10kv pt二次接線有誤，當系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，在閉環(huán)中產(chǎn)生較大環(huán)流，致使pt發(fā)熱，大約30分鐘后，pt發(fā)生爆炸，嚴重威脅到了人身和設(shè)備的安全。 圖5 a相pt保險熔斷時電壓示意圖 圖6 b、c兩相pt保險熔斷時電壓示意圖3、由式(1)可得，當

14、消諧pt阻抗無窮大時，中性點電壓偏移為零。而且大阻抗很大程度上的限制了高壓保險的熔斷，即便是產(chǎn)生高壓保險熔斷時，閉口三角性的環(huán)流也有了很大程度的限制?；谝陨显?對該接線方式進行改進，絕緣監(jiān)察裝置所用電壓的采集如圖7所示，這種接線方式中的消諧pt為特殊處理，阻抗非常大，常規(guī)pt阻抗的數(shù)十倍之大5。而且零序pt變比也不同于原三相pt，為：此時絕緣監(jiān)察裝置的電壓值為： 可以看出此種接線方式反應(yīng)接地異常靈敏度最高，而且如果由于pt內(nèi)部故障或者其他原因引起pt高壓保險熔斷一相或者兩相的時候，零序pt承擔大部分電壓，閉口三角內(nèi)僅承受極小的殘壓，可滿足長期運行的要求。當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，故障點會流過電

15、容電流，未接地相的電壓升高至線電壓，其對地電容上充以與線電壓相應(yīng)的負荷。在接地故障期間，此電荷產(chǎn)生的電容電流，以接地點為通路，在電源導(dǎo)線大地間流通。由于pt的勵磁阻抗很大，其中流過的電流很小。一旦接地故障消失，這時電流通路被切斷，而非接地相在接地期間已經(jīng)充電至線電壓下的電荷，就只有通過pt繞組，經(jīng)其原來接地的中性點進入大地。在這一瞬變過程中，pt高壓繞組中將會流過一個幅值很高的低頻飽和電流，導(dǎo)致pt鐵芯嚴重飽和6。這也是系統(tǒng)發(fā)生弧光接地消失或者反復(fù)接地時，常規(guī)pt保險經(jīng)常熔斷的主要原因。采用這種接線方式之后，零序pt能很大程度的限制該電流的幅值，從而大大減少了pt因此種原因發(fā)生高壓保險熔斷的幾

16、率，提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。在實際4pt接線方式運用中，也曾發(fā)生pt燒損的現(xiàn)象7，其原因是:當系統(tǒng)發(fā)生超低頻振蕩時，在pt的閉口三角繞組中產(chǎn)生很大的零序電流，以致pt三次側(cè)燒毀，從而燒損整個pt。因此建議在pt的閉口三角繞組回路中串入適當?shù)碾娮瑁涂梢韵拗崎]口三角繞組中的環(huán)流，并對諧振和低頻振蕩起到抑制作用，能保證系統(tǒng)安全可靠運行。4、有時為了提高電壓值，將三角形開口與第四個電壓互感器次級串聯(lián)，如圖8所示，開口三角接人絕緣監(jiān)察裝置。這種接線方式跟第一種接線方式較為接近，當 10 kv 系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，開口三角所反應(yīng)的電壓為 100/3 v。這時需要通過改變pt變比或者調(diào)整系數(shù)的方法來調(diào)

17、整開口三角的電壓，以達到保護等設(shè)備的需求。 圖7 改進型4pt閉環(huán)接線方式 圖8 4pt 開口三角串接二次零序pt接線方式 4結(jié)論采用4pt接線防諧振的辦法，對消除諧振起到了很好作用，但其二次接線較為復(fù)雜，運行人員掌握起來比較困難。通過對4pt二次接線的分析比較以及長時期的運行實踐經(jīng)驗，我們對pt中性點串接單相零序電壓互感器得出以下幾點結(jié)論：1）4只pt系統(tǒng)能消除鐵磁諧振，且使各pt上的電壓基本在正常值附近，最高為正常值的1.15倍。2）分析pt在正確接線情況下發(fā)生單相接地時的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，當采用四只pt接線方式時，二次電壓和常規(guī)pt的采集已經(jīng)有所差別，當主變低壓側(cè)保護采用這種通用pt斷線判據(jù)

18、時，必將引起誤判斷，有可能造成各側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過流保護被誤閉鎖或誤開放。3) 單相零序電壓互感器的二次繞組極性不能反接，否則不能正確反應(yīng)接地故障類型，給系統(tǒng)正常運行造成隱患。4) 在pt中性點串接單相pt時，會在零序pt上產(chǎn)生較高的三次諧波電壓，并使得原pt各相繞組上的電壓波形畸變，可將三角形開口短路以抑制三次諧波。5）pt中性點串接大阻抗pt，開口三角形短接的接線方式消諧效果最理想，靈敏度也最高。參考文獻：1 劉新東.1035kv配網(wǎng)鐵磁諧振過電壓的表現(xiàn)形式及消除措施j.電工技術(shù)雜志，2000 (6):45-462 周潔蓮、吳少珍.防止電壓互感器的鐵磁諧振過電壓的有效措施j.高電壓技術(shù)，2001 (7):53.553 儲百森.配電網(wǎng)鐵磁諧振防治經(jīng)驗j.電工技術(shù)雜志，