在10KV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中,往往由于電磁式PT(簡(jiǎn)稱壓變)鐵心飽和而引起工頻位移過(guò)電壓和鐵磁諧振過(guò)電壓(通稱為壓變飽和過(guò)電壓),造成壓變高壓熔絲熔斷,甚至使壓變燒毀,限制這種過(guò)電壓的措施是多種多樣的,較普遍的是采用在壓變二次側(cè)開(kāi)口三角形繞組兩端接消諧器的方法,以及今年來(lái)采用的在壓變一次側(cè)中性點(diǎn)對(duì)地接消諧電阻的方法,這兩種消諧措施各具特點(diǎn),應(yīng)因地制宜,合理選用。
1、壓變開(kāi)口三角形繞組兩端接消諧器的消諧方法
1.1原理
對(duì)這種壓變飽和過(guò)電壓,通常是在壓變二次側(cè)開(kāi)口三角形繞組兩端接入阻尼電阻R0,相當(dāng)于在壓變高壓側(cè)Y0結(jié)線繞組上并聯(lián)一個(gè)電阻,而這一電阻只有在電網(wǎng)有零序電壓時(shí)才出現(xiàn),正常運(yùn)行時(shí),零序電壓繞組所接的R0不會(huì)消耗能量。R0值越小,在壓變勵(lì)磁電感L上并聯(lián)電阻就越小,當(dāng)R0小于一定值時(shí),網(wǎng)絡(luò)三相對(duì)地參數(shù)基本上有等值電阻決定,這時(shí)由壓變飽和而引起電感的減小不會(huì)明顯引起電源中性點(diǎn)位移電壓。當(dāng)R0=0,即將開(kāi)口三角形繞組短接,則壓變?nèi)嚯姼兄稻妥兂陕└校嘞嗟?,壓變飽和過(guò)電壓也就不存在了。但當(dāng)電網(wǎng)內(nèi)發(fā)生單相接地時(shí),壓變開(kāi)口三角形繞組兩端會(huì)出現(xiàn)100V的工頻零序電壓,這樣阻尼電阻的容量就要求足夠大,當(dāng)阻尼電阻太小,一方面電阻本身可能因過(guò)熱而燒壞,另一方面,壓變也可能因電流過(guò)大而燒損,所以現(xiàn)在變電站一般采用微電腦多功能消諧裝置。當(dāng)判斷為存在工頻位移過(guò)電壓或鐵磁諧振過(guò)電壓后,單片機(jī)就進(jìn)行消諧程序,發(fā)出高頻脈沖群,使反并在開(kāi)口三角形繞組兩端的兩只晶閘管交替過(guò)零觸發(fā)導(dǎo)通,將開(kāi)口三角形繞組短接(若系統(tǒng)發(fā)生單相接地,則不起動(dòng)消諧裝置),使壓變飽和過(guò)電壓迅速消除。由于短接時(shí)間及短,故不會(huì)給壓變帶來(lái)負(fù)擔(dān)。
1.2優(yōu)點(diǎn)
采用微電腦多功能消諧裝置,來(lái)消除壓變飽和過(guò)電壓效果良好,且一個(gè)系統(tǒng)通常只要接一臺(tái)消諧器即可起到消諧作用。如晉江市110KV青陽(yáng)變電站和晉源電廠網(wǎng)控站每段10KV母線各裝設(shè)了一套WNX-III-10型微電腦多功能消諧裝置,電網(wǎng)運(yùn)行正常,基本上消除了由于壓變飽和過(guò)電壓引起壓變高壓熔絲熔斷現(xiàn)象。
1.3局限性
隨著青陽(yáng)變電站10KV配電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大,尤其是新建了4座110KV開(kāi)閉所,電力電纜比例顯著增大,新建開(kāi)閉所在投運(yùn)初期,當(dāng)線路發(fā)生接地故障時(shí),有的開(kāi)閉所壓變的高壓熔絲仍然經(jīng)常發(fā)生熔斷,如有一次線路單相接地,曾井和青華兩座開(kāi)閉所壓變高壓熔絲熔斷5根。
晉源電廠由于機(jī)組擴(kuò)建,新增兩臺(tái)1500KW氣輪發(fā)電機(jī)組,并分別用電纜街道網(wǎng)控站主變負(fù)荷側(cè)10KVIII、IV母線上,因是直配電機(jī),每臺(tái)發(fā)電機(jī)出口對(duì)地個(gè)并聯(lián)一組BWF10。5-12-1W型防雷電容器。兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行小時(shí)數(shù)加起來(lái)不足5000H,然后其出口壓變高壓熔絲熔斷就有10根。
在中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中,電磁式壓變高壓熔絲熔斷,并不一定都是由于壓變飽和過(guò)電壓引起的。當(dāng)電網(wǎng)對(duì)地電容3C0較大,而電網(wǎng)間歇接地或接地消失時(shí),健全相3C0中儲(chǔ)存的電荷將重新分配,它將通過(guò)中性點(diǎn)接地的壓變LP形成放電回路,構(gòu)成低頻振蕩電壓分量,促使壓變飽和,形成低頻飽和電流。它在單相接地消失后1/4-1/2工頻周期內(nèi)出現(xiàn),電流幅值可遠(yuǎn)大于分頻諧振電流(分頻諧振電流約為額定勵(lì)磁電流的百倍以上),頻率約為2-5HZ。由于低頻飽和電流具有幅值高、作用時(shí)間短的特點(diǎn),在單相接地消失后的半個(gè)周波即可熔斷。
2、壓變中性點(diǎn)接消諧電阻的消諧方法
采用壓變中性點(diǎn)裝設(shè)電阻R0既能抑制低頻飽和電流,同時(shí)也能起到消除壓變飽和過(guò)電壓的作用。
電網(wǎng)單相接地時(shí)電流的分布圖
2.1電網(wǎng)單相接地時(shí)電流的分布如圖所示。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí),故障點(diǎn)會(huì)流過(guò)電容電流,未接地相(A、C)的電壓升高到線電壓,其對(duì)地電容C0上充以與線電壓相應(yīng)的電荷,在接地點(diǎn)為通路,在電源-導(dǎo)線-大地間流通。由于壓變的勵(lì)磁阻抗很大,其中流過(guò)的電流很小。一旦接地故障消失,這時(shí)電流通路被切斷,而非接地相必須由線電壓瞬時(shí)恢復(fù)到正常相電壓水平,但是,由于接地故障已斷開(kāi),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(guò)壓變高壓繞組,經(jīng)其原來(lái)接地的中性點(diǎn)進(jìn)入大地。在這一瞬變過(guò)程中,壓變高壓繞組中將會(huì)流過(guò)一個(gè)幅值很高的低頻飽和電流,使壓變鐵芯嚴(yán)重飽和。實(shí)際上,由于接地電弧熄滅的時(shí)刻不同,即初始相位角不同,故障的切除不一定都在非接地相電壓達(dá)最大值這一嚴(yán)重情況下發(fā)生。因此,不一定每次單相接地故障消失時(shí),都會(huì)在壓變高壓繞組中產(chǎn)生大的涌流。而且低頻飽和電流的大小,還與壓變伏安特性有很大關(guān)系,壓變鐵芯越容易飽和,該飽和電流就大,高壓熔絲就越容易熔斷。如青陽(yáng)配電網(wǎng)早期建設(shè)的公園10KV開(kāi)閉所在類試上述接地故障情況下,其壓變高壓熔絲一直就沒(méi)有熔斷過(guò)。
在上述情況下,若在壓變高壓繞組中性點(diǎn)接入一個(gè)足夠大的接地電阻,在單相故障消失時(shí),低頻飽和各電流經(jīng)過(guò)電阻RO后進(jìn)入大地,由于大部分壓降加在電阻上,從而大大抑制了低頻飽和電流,使壓變高壓熔絲不易熔斷;同時(shí)由于在零序電壓回路串聯(lián)的這個(gè)電阻RO使壓變飽和過(guò)電壓的大部分電壓降落在電阻RO上,從而避免了鐵心飽和,限制了壓變飽和過(guò)電壓的發(fā)生。
2.2 RO阻值的選擇
RO的數(shù)值若選用太小,相當(dāng)于沒(méi)有增加零序電阻,限制壓變飽和過(guò)電壓的作用不大。從阻尼的角度來(lái)看電阻值愈大愈好,若R→∞,即壓變高壓側(cè)繞組中性點(diǎn)變?yōu)榻^緣了,壓百年的電感量不才與零序回路,也就不存在壓變飽和過(guò)電壓。但R0太大,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)單相接地時(shí),大部分零序電壓太低(電網(wǎng)對(duì)地電壓在壓變勵(lì)磁電感LP與R0間分壓),影響接地指示靈敏度和保護(hù)裝置正常動(dòng)作。從大量的試驗(yàn)中得出:6-10KV電網(wǎng),R0可取30-50K.
變電所接地報(bào)警啟動(dòng)電壓一般整定為15-30KV,按開(kāi)口三角形電壓不小于80V來(lái)考慮,根據(jù)有關(guān)專家試驗(yàn)得知當(dāng)R0為30-50K都可滿足這一要求,實(shí)際上,LXQ型消諧器的電阻元件是用SIC為基料經(jīng)高溫氫氣爐 燒而成,消諧器由多個(gè)電阻元件并串聯(lián)組成。其電阻值是非線性的,在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí),消諧器上電壓不高,呈高阻值(約為0.5M),使諧振在起始階段不易發(fā)生;當(dāng)電網(wǎng)單相接地時(shí),消諧器上電壓較高(10KV電網(wǎng),消諧器上電壓為1.7-1.8KV),電阻呈低值(10KV電網(wǎng)的消諧電阻降到數(shù)萬(wàn)歐姆),可滿足壓變開(kāi)口三角形電壓不小于80V的要求。
2.3局限性
由于電網(wǎng)的復(fù)雜性,各配電網(wǎng)電容電流大小、線路故障性質(zhì)、壓變伏安特性以及消諧器的運(yùn)行環(huán)境等情況有所不同,難以保證在壓變中性點(diǎn)裝設(shè)消諧器后設(shè)備萬(wàn)無(wú)一失,尤其是當(dāng)間歇電弧接地持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí),個(gè)別消諧電阻將因過(guò)熱而損壞。所以消諧電阻的熱容量有待進(jìn)一步提高。
在壓變開(kāi)口三角形繞組兩端接微電腦消諧器能夠抑制壓變飽和過(guò)電壓,且一個(gè)系統(tǒng)一般只要接一臺(tái)就可以,但它有一定局限性,無(wú)法抑制低頻飽和電流,適用于電網(wǎng)較小、對(duì)地電容不大的場(chǎng)合。而在壓變高壓繞組中性點(diǎn)接消諧電阻既能消除壓變飽和過(guò)電壓和抑制低頻飽和電流,防止高壓熔絲熔斷,同時(shí)只要阻值選擇適當(dāng),就不影響壓變的正常運(yùn)行。