10kV配电网两种消谐措施的分析比较

　　(摘 要) 针对10 kV不接地系统中电压互感器铁芯饱和引起的工频位移过电压和铁磁谐振过电压，根据现场运行经验，分析讨论在实际应用中采用开口三角形绕组两端接消谐器进行消谐的优越性和局限性，提出利用电压互感器高压侧中性点接消谐器可以弥补其不足，最终解决电压互感器高压熔丝经常熔断的问题。
　　(关键词) 铁磁谐振 消谐器 低频饱和电流 　
　　在10kV中性点不接地系统中，往往由于电磁式电压互感器(简称压变)铁芯饱和而引起工频位移过电压和铁磁谐振过电压(通称为压变饱和过电压)，造成压变高压熔丝熔断，甚至使压变烧损。限制这种过电压的措施是多种多样的，较普遍的是采用在压变二次侧开口三角形绕组两端接消谐器的方法，以及近年来采用的在压变一次侧中性点对地接消谐电阻的方法，这两种消谐措施各具特点，应因地制宜，合理选用。
　　1 压变开口三角形绕组两端接消谐器的消谐方法把安全工程师站点加入收藏夹
　　1.1 原理 　
　　对这种压变饱和过电压，通常是在压变二次侧开口三角形绕组两端接入阻尼电阻Ro，相当于在压变高压侧Yo结线绕组上并联一个电阻，而这一电阻只有在电网有零序电压时才出现，正常运行时，零序电压绕组所接的Ro不会消耗能量。Ro值越小，在压变励磁电感L上并联电阻就越小，当Ro小于一定值时，网络三相对地参数基本上由等值电阻决定，这时由压变饱和而引起电感的减小不会明显引起电源中性点位移电压。当Ro=0，即将开口三角形绕组短接，则压变三相电感值就变成漏感，三相相等，压变饱和过电压也就不存在了。但当电网内发生单相接地时，压变开口三角形绕组两端会出现100 V的工频零序电压，这样阻尼电阻的容量就要求足够大，当阻尼电阻太小，一方面电阻本身可能因过热而烧坏，另一方面，压变也可能因电流过大而烧损，所以现在变电站一般采用微电脑多功能消谐装置。当判断为存在工频位移过电压或铁磁谐振过电压后，单片机就进行消谐程序，发出高频脉冲群，使反并在开口三角形绕组两端的两只晶闸管交替过零触发导通，将开口三角形绕组短接(若系统发生单相接地，则不起动消谐装置)，使压变饱和过电压迅速消除。由于短接时间极短，故不会给压变带来负担。
　　1.2 优点
　　采用微电脑多功能消谐装置，来消除压变饱和过电压效果良好，且一个系统通常只要接一台消谐器即可起到消谐作用。如晋江市110 kV青阳变电站和晋源电厂网控站每段10 kV母线各装设了一套WNX-Ⅲ-10型微电脑多功能消谐装置，电网运行正常，基本上消除了由于压变饱和过电压引起压变高压熔丝熔断现象。
　　1.3 局限性 　　
　　随着青阳变电站10 kV配电网的不断扩大，尤其是新建了4座10 kV开闭所，电力电缆比例显著增大，新建开闭所在投运初期，当线路发生接地故障时，有的开闭所压变的高压熔丝仍经常发生熔断，如有一次线路单相接地，曾井和青华两座开闭所压变高压熔丝熔断5根。 　　晋源电厂由于机组扩建，新增两台1 500 kW汽轮发电机组，并分别用电缆接到网控站主变负荷侧10kVⅢ、Ⅳ母线上，因是直配电机，每台发电机出口对地各并联一组BWF10.5-12-1W型防雷电容器。两台发电机组运行小时数加起来不足5000 h，然而其出口压变高压熔丝熔断就有10根。 　　
　　在中性点不接地电网中，电磁式压变高压熔丝熔断，并不一定都是由于压变饱和过电压引起的。当电网对　地电容3Co较大，而电网间歇接地或接地消失时，健全相Co中贮存的电荷将重新分配，它将通过中性点接地的压变Lp形成放电回路，构成低频振荡电压分量，促使压变饱和，形成低频饱和电流。它在单相接地消失后1/4～1/2工频周期内出现，电流幅值可远大于分频谐振电流(分频谐振电流约为额定励磁电流的百倍以上)，频率约2～5Hz。由于低频饱和电流具有幅值高、作用时间短的特点，在单相接地消失后的半个周波即可熔断熔丝。
　　2 压变中性点接消谐电阻的消谐方法
　　采用压变中性点装设电阻Ro既能抑制低频饱和电流，同时也能起到消除压变饱和过电压的作用。青阳配电网几座10 kV开闭所采用压变高压线圈中性点接LXQ-10型消谐器后效果良好。1999年夏天14号强台风造成线路频繁接地，而这几座开闭所的压变高压熔丝却安然无恙。晋源电厂汽轮发电机出口压变高压侧中性点在装设了同型号的消谐器后，至今压变高压熔丝只熔断过一次。 图1 电网单相接地时电流的分布
　　2.1 原理 　　
　　电网单相接地时电流的分布如图1所示。当系统发生单相接地时，故障点会流过电容电流，未接地相(A、B)的电压升高到线电压，其对地电容Co上充以与线电压相应的电荷。在接地故障期间，此电荷产生的电容电流，以接地点为通路，在电源-导线-大地间流通。由于压变的励磁阻抗很大，其中流过的电流很小。一旦接地故障消失，这时电流通路被切断，而非接地相必须由线电压瞬间恢复到正常相电压水平。（考试大注册安全工程师）
　　但是，由于接地故障已断开，非接地相在接地期间已经充电至线电压下的电荷，就只有通过压变高压绕组，经其原来接地的中性点进入大地。在这一瞬变过程中，压变高压绕组中将会流过一个幅值很高的低频饱和电流，使压变铁芯严重饱和。实际上，由于接地电弧熄灭的时刻不同，即初始相位角不同，故障的切除不一定都在非接地相电压达最大值这一严重情况下发生。因此，不一定每次单相接地故障消失时，都会在压变高压绕组中产生大的涌流。而且低频饱和电流的大小，还与压变伏安特性有很大关系，压变铁芯越容易饱和，该饱和电流就越大，高压熔丝就越易熔断。如青阳配电网早期建设的公园10 kV开闭所在类似上述接地故障情况下，其压变高压熔丝一直就没有熔断过。 　　
　　在上述情况下，若在压变高压绕组中性点接入一个足够大的接地电阻，在单相故障消失时，低频饱和各电流经过电阻Ro后进入大地，由于大部分压降加在电阻上，从而大大抑制了低频饱和电流，使压变高压熔丝不易熔断；同时由于在零序电压回路串联的这个电阻Ro，使压变饱和过电压的大部分电压降落在电阻Ro上，从而避免了铁芯饱和，限制了压变饱和过电压的发生。
　　2.2 Ro阻值的选择 　　
　　Ro的数值若选用太小，相当于没有增加零序电阻，限制压变饱和过电压的作用不大。从阻尼的角度来看电阻值愈大愈好，若Ro→∞，即压变高压侧绕组中性点变为绝缘了，压变的电感量不参与零序回路，也就不存在压变饱和过电压。但Ro太大，当网络出现单相接地时，大部分零序电压降在Ro上，会使开口三角形电压太低(电网对地电压在压变励磁电感Lp与Ro间分压)，影响接地指示灵敏度和保护装置正常动作。从大量的试验中得出：6～10 kV电网，Ro可取30～50kV变电所接地报警启动电压一般整定为15～30V，按开口三角形电压不小于80 V来考虑，根据有关专家实验得知当Ro为30～50 kVXQ型消谐器的电阻元件是用SIC为基料经高温氢气炉焙烧而成，消谐器由多个电阻元件并、串联组成。其电阻值是非线性的，在电网正常运行时，消谐器上电压不高，呈高阻值(约为0.5 M?,使谐振在起始阶段不易发生；当电网单相接地时，消谐器上电压较高(10 kV电网，消谐器上电压为1.7～1.8 kV)，电阻呈低值(10 kV电网的消谐电阻降到数万欧姆)，可满足压变开口三角形电压不小于80 V的要。LXQ型消谐器在大电流(数百毫安)通过时，电阻发热，因其没有瓷套，热量迅速扩散，基本能够满足弧光接地对Ro热容量的要求。
　　2.3 局限性 　　
　　由于电网的复杂性，各配网电容电流大小、线路故障性质、压变伏安特性以及消谐器的运行环境等情况有所不同，难以保证在压变中性点装设消谐器后设备万无一失，尤其是当间歇电弧接地持续时间较长时，个别消谐电阻将因过热而损坏，从而引起高压熔丝熔断，甚至压变烧损。所以消谐电阻的热容量有待进一步提高。 　　
　　在压变开口三角形绕组两端接微电脑消谐器能够抑制压变饱和过电压，且一个系统一般只要接一台就可以，但它有一定　局限性，无法抑制低频饱和电流，适用于电网较小、对地电容不大的场合。而在压变高压绕组中性点接消谐电阻既能消除压变饱和过电压和抑制低频饱和电流，防止高压熔丝熔断，同时只要阻值选择适当，就不影响压变的正常运行，但每一台压变都必须装设(尤其是较易发生铁芯饱和的压变)，适用于电网较大、对地电容较大的场合。所以在实际应用中，应根据电网实际情况，合理选用一种或各种消谐装置配合使用，如有必要还应配合其它方法，以达到最佳消谐效果，保证设备的正常运行。 参考文献： 1 岳健民. 6～35kV压变中性点用消谐器的性能分析.全国过电压学术讨论会论文集.1997 2 陈化钢.电力设备异常运行及事故处理.中国水利水电出版社.1998 3 解广润.电力系统过电压.水利电力出版社 4 重庆大学、南京工学院合编.高电压技术.电力工业出版社