10kV电磁式电压互感器爆炸的原因和解决方案样本.docx
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10kV电磁式电压互感器爆炸的原因和解决方案样本
TV)爆炸因素,提出了在2变电站分别采用更换开关特性优良开关和加入一种特殊设计第4TV解决方案,满足了各自运营规定。
文章还阐述了中压电网中常用过电压类型——操作过电压和铁磁谐振过电压形成因素和发展机理,提出了几种行之有效解决方案。
核心词:
过电压;电压互感器;事故分析;铁磁谐振;操作过电压;供用电 0 引言
电磁式电压互感器(TV)广泛应用于各电压级别电力系统中。
在35kV及如下中压配电网中,由于普遍采用中性点非有效接地方式,过电压现象浮现概率比较大。
过电压引起电气设备绝缘破坏,其中电磁式TV熔断器烧毁和爆炸事故是中压电网中常用由过电压引起电气设备事故之一。
因而研究此类问题对现场设备安全运营具备重要意义。
本文将就某县级供电公司2起TV爆炸事故现象、因素、产生机理进行分析并提出理解决方案,还简介了中性点非有效接地系统中常用过电压类型。
1 事故现象
2起TV爆炸事故发生在35kV和10kV变电站10kV母线上。
(1)35kV变电站A。
附近有一大型造纸公司,负荷较重。
为补偿系统消耗无功,该变电站Π段母线装设了一套自动投切电容器。
电容器分为5组,每组100
kvar。
每组自动投切电容器带有2个用于测量线电压干式电磁电压互感器(TV)。
图1为1组自动投切电容器接线图,其中R是断路器,C是补偿电容,L是起抑制谐波作用小电抗。
实际运营中,第1组自动投切电容器持续发生TV爆炸现象。
而其她4组自动投切电容器TV却可以正常运营。
(2)10kV变电站B。
10kV母线互感器间隔内装有1台三相五柱式TV,如图2所示,图中L是TV电抗,TV以星型方式接入电网,中性点直接接地。
在实际运营中,TV烧毁现象时有发生。
图1 自动投切电容器接线图
图2 三相五柱式TV接线图
2 爆炸因素分析
2.1 电磁式TV爆炸因素
理论分析和实际运营经验表白,TV爆炸和烧毁事故直接因素是内部过电流引起发热所致。
过电流体现形式有2种:
①由于谐振或其她因素,TV上承受过电压和过电流虽然幅值较小,但是时间较长,大量电能作用在TV上并转化为热能,使其长期发热。
当热量积累到一定限度时,TV中大量绝缘纸、绝缘介质会受热而汽化,体积急速膨胀,而干式TV内部空间有限,当压强增长到一定限度时便发生爆炸。
②由瞬间高幅值过电压引起过电流。
幅值达到一定限度过电压会导致匝间短路而引起过电流。
这种过电流普通幅值很大,会使TV中绝缘介质迅速汽化,因而由高幅值过电压引起爆炸更加剧烈。
由以上分析可以看出,过电压会引起过电流,过电压和过电流在实际电网运营中相伴而生。
因而应当从电网中常用过电压类型中去寻找TV爆炸主线因素。
2.2 中压电网常用过电压类型
中压电网过电压可分为外部过电压和内部过电压。
外部过电压重要是由于雷击引起,本文不作详细论述。
内部过电压普通涉及操作过电压和谐振过电压。
如当系统内开关操作或电力系统浮现事故时,电力系统将由一种稳定状态过渡到另一种稳定状态。
在此转化过程中由于电力系统内部电磁能量振荡、互换及重新分布,就也许在某些设备上,甚至在整个电力系统中产生较大过电压。
又如当进行开关操作时,某些回路被分割开来,如果其参数满足共振条件,则也许引起强烈具备共振性质振荡,并导致严重过电压。
前者称为操作过电压,后者称为谐振过电压。
操作过电压持续时间较短,幅值较高。
此种过电压可以分为4种:
①中性点不接地系统弧光接地过电压;②空载线路或电容性负荷拉闸过电压;③切除电感性负荷或空载变压器过电压;④空载线路合闸过电压,特别是自动重叠闸时过电压。
谐振过电压普通持续时间比较长,甚至也许长期存在。
此种过电压可分为2种:
①系统参数为线性线性谐振过电压;②铁磁谐振(非线性谐振)过电压,它是由于系统中变压器、TV、消弧线圈等铁心电感磁路饱和作用而激发引起过电压。
2.3 A变电站TV爆炸因素分析
从A变电站现场接线来看,由于TV接在AB和BC相间,没有接在零序回路里,因此不也许是谐振过电压。
TV只是为投切电容器服务,因而真空断路器投切电容器引起操作过电压应当是导致TV爆炸因素。
投切电容器时产生过电压有2种,一种是电容器合闸时产生过电压,另一种是切除电容器时由于开关发生重燃产生过电压。
第1种过电压产生因素重要是由于电容器上电压不能突变所致。
当合闸时系统电压会迅速下降,引起暂态振荡,最后达到新稳定。
此暂态过程产生过电压与合闸时间关于,但最高不会超过2倍系统电压。
第2种暂态过电压是由于开关发生重燃时,电容器上初始电压与系统电压极性相反,从而在暂态过程中也许产生3倍以上过电压。
这种过电压对电容器危害性更为严重。
对于切除电容时过电压,又可以分为单相重燃和两相重燃2种状况。
其中两相重燃引起相间过电压尤为严重,最大值可以达到6倍系统电压以上。
因而在如此高电压之下相间TV发生爆炸就局限性为怪了。
2.4 B变电站TV烧毁因素分析
B变电站烧毁TV是母线上用于测量相电压三相五柱式TV,连接在零序回路里。
这种TV烧毁现象是由于铁磁谐振引起。
如前所述,铁磁谐振过电压是一种常用非线性谐振过电压。
图3为单相电感电容串联电路。
在该电路中,如果电感和电容参数不匹配,则不会产生串联谐振,电路中也不会浮现过电流。
但是电感参数是非线性,当流过电感电流过大,电感铁心就会浮现饱和现象,其伏安特性如图4所示。
图中uL(i)为电感伏安特性曲线。
电感普通工作在伏安特性曲线开始线性某些,当遇到过电压过电流时,运营点则会沿着曲线上升到非线性某些。
当运营点上升到电感伏安特性曲线与电容伏安特性曲线相交处时,就会引起串联谐振。
图3电路当发生串联谐振时电感和电容组合等效于一根导线,电路中电流在理论上为无限大,这就是简朴意义上铁磁谐振。
图3 单相电感电容串联电路
图4 铁磁谐振伏安特性曲线
在中压电网中,TV直接安装在母线上。
因电路为容性,TV会与互感器电感构成零序回路,系统等值图如图5所示。
图5 三相等效电路
电力系统运营和实验表白,当TV电感和线路对地电容匹配时,在一定条件下(如空载母线合闸、瞬时短路故障消失等,这些状况都也许引起TV铁心饱和),便会产生不同频率铁磁谐振。
随着线路长度增长,依次会发生3倍频谐波谐振、基频谐振、分频谐振。
TV是三相电器,因此它引起铁磁谐振是三相铁磁谐振。
电力系统运营和物理仿真实验表白,当电源向空载母线合闸时最容易浮现3倍频谐波谐振;有时当变电站出线很短时,也也许浮现3倍频谐振。
因负荷电流引起压降很小,甚至没有,因此电压经常较高,其重要危害在于过电压倍数较高,往往引起主设备绝缘被击穿或TV爆炸,后果十分严重。
3倍频谐振重要体现为三相电压同步升高。
基波谐振普通体现为2相电压升高,1相电压减少。
因基频谐振和工频电压是同频率,比较容易从电源获得能量,因此基频谐振能产生很大过电流,有时体现得非常强烈,比较容易导致TV爆炸。
分频谐振总是体现为2相电压同步升高,它重要危害也是产生过电流。
分频谐振引起过电流虽没有基频谐振过电流大,但也往往超过了TV热稳定容许电流值,在长期分频谐振作用下也也许烧毁TV。
3 解决方案
TV爆炸对配电网安全运营构成重大威胁,爆炸飞溅物有也许损伤其她正在运营设备,甚至引起短路而导致停电事故,因而必要尽快解决。
3.1 由操作过电压引起事故
对于由操作过电压引起TV爆炸事故,解决主线办法是提高断路器熄弧能力,也可以采用限制电压幅值办法。
如下提供3种解决方案:
(1)改进真空接触器开关特性。
鉴于电容器自动投切装置中其她4组电容器没有发生过TV爆炸事故,可以以为优良开关特性可以限制重燃过电压产生。
因而最简便解决办法就是更换开关特性优良真空接触器。
(2)在事故电容器组上加装避雷器。
避雷器持续运营电压应按线电压考虑,同步为了提高对相间过电压保护能力,建议采用带串联间隙四星型氧化锌避雷器。
接线如图6所示。
图6 避雷器四星型接线
(3)对于A变电站爆炸TV,由于其接在断路器电容侧,可以采用将本来接在线间TV改为三相星型接法,中性点直接接地,然后在二次侧串联出本来需要线电压办法来防止TV爆炸。
这样当断路器断开后,电容器上残存电荷将通过星接TV放电。
由于TV直流电阻很大(3~15kΩ),过渡过程衰减较快,使断路器两端最大恢复电压减少,避免重燃或减小重燃后过电压幅值。
3.2 由铁磁谐振引起事故
对于由铁磁谐振引起TV爆炸事故,解决途径可以是变化运营操作方式,或采用励磁特性好TV,甚至采用电容式TV。
但是最可行办法还是限制TV上过电压,防止其进入饱和区。
为此可采用手段有:
①在本来星接TV中性点和地之间加入一种特殊设计第4
TV,保证TV所承受电压不不不大于相电压,同步变化二次接线,以保证原TV测量精度。
这种办法造价低,可以解决大某些铁磁谐振问题。
②在系统中性点串联消谐电抗器,破坏谐振条件。
③综合考虑系统电容电流大小,如果需要,可以加装消弧线圈。
消弧线圈可以彻底解决铁磁谐振问题,并且对于其她形式过电压均有较好抑制作用。
但是消弧线圈造价高,在系统电容电流较小状况下加装消弧线圈是不经济。
4 结束语
通过各个方面比较,2个变电站分别采用了更换开关特性优良开关方案和在本来星接TV中性点与地之间加入一种特殊设计第4TV方案,满足了各自现场运营需要。
5 参照文献
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