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分析10kV压变高压侧熔丝熔断

分析10kV压变高压侧熔丝熔断

2011/12/14 17:02:09

1  引言

电压互感器(Potential transformer,PT)作为电力系统一次电路与二次电路的联络元件,向保护装置、测量装置、计量装置、绝缘监察装置提供所需的电压,使运行人员能够实时监测电力系统的运行工况。若PT发生高压侧熔丝熔断故障,这些装置将无法得到所需的电压,运行人员就不能监测系统的运行工况。PT高压侧熔丝熔断故障在实际运行过程中时有发生,原因有很多。

中性点不接地的系统中经常发生电压互感器饱和引起的铁磁谐振。近年来随着城市电网的快速发展和电力电缆的广泛应用,系统对地电容显著增加,参数远离谐振区域,理应很少发生铁磁谐振,但仍经常发生高压熔丝熔断的故障。本文针对中性点不直接接地的10kV系统常用的电磁式三相PT接线方式中经常发生的高压侧保险熔断现象,分析PT高压侧熔丝熔断的根本原因,从中确定了既能抑制措施,又能有效避免PT高压侧熔丝熔断及PT烧毁事故的发生。

2  故障现象

10kV电磁式三相PT是由3台单相PT连接而成,用于中性点不接地系统的三相电压互感器接线方式如图一。由于单相PT只有每相本身有磁耦合,与其它相没有磁路联系,因此,三相PT相间不存在磁的相互影响。正常运行时,PT二次侧三相电压对称,星型绕组相电压幅值为100V,开口三角绕组相电压为33.3V,其两端输出电压为零。

图一 10kV电压互感器原理接线图

   如某110 kV变电所两台主变的额定电压比为110kV10kV;接线组别为YNdl110kV采用带旁路母线的单母分段接线,每段有10条电力电缆出线(部分路段为架空线路)。投运后每年雷雨季节1OkV系统母线经常发生PT高压侧熔丝熔断。10kV压变型号为JDZXF9-10,熔丝的额定电流为0.5A,由于10kV出线大都为电缆出线,存在对地电容比较大的情况。10kV线路发生单相接地故障时,伴随着压变高压侧熔丝多次熔断情况。通过数据统计我们发现80%以上熔丝熔断都是在发生单相接地故障过程中和故障消除后。

某变电站10kV母线压变高压侧熔丝熔断情况统计表如下:

熔丝熔断相别

时间

10kVII母PT高压熔丝C相熔断

2010-01-24 19:24

10kVII母PT高压熔丝C相熔断

2010-02-05 12:00

10kVⅠ母PT高压熔丝ABC三相熔断

2010-02-09 22:15

10kVⅡ母PT高压熔丝C相熔断

2010-02-09 23:27

10kVII母PT高压熔丝BC两相熔断

2010-02-10 11:25

10kVII母PT高压熔丝ABC三相熔断

2010-02-10 12:59

10kVI母PT高压熔丝ABC三相熔断、10kVII母PT高压熔丝A相熔断

2010-02-14 7:52

10kVI母PT高压熔丝ABC三相熔断、10kVII母PT高压熔丝C相熔断

2010-02-15 7:16

10kV II母PT高压熔丝B相熔断

2010-03-21 11:45

3  原因分析

在中性点不接地三相系统中,当发生某相单相接地时,非故障相对地电压由正常时的相电压升高为故障后的线电压,则非故障相对地的电容电流也相应增大√3倍。假设C相接地,该相对地电容被短接,C相对地电容电流为零。此时,三相对地电容电流之和不再为零,大地中有电流流过,并通过接地点成为回路,如图二所示,如选择电流参考方向为从电源到负荷的方向及线路到大地,则C相接地处的电流,简称为接地电流,用表示,为

    图二 中性点不接地系统的单相接地电路图

可见,接地电流超前90°,为电容电流。接地电流的有效值为

Ic=3ωCU

可见,单相接地故障时的接地电流,等于正常运行时一相对地电容电流的3倍。接地电流Ic的值与网络的电压、频率和对地电容有关。而对地电容又与线路的结构、布置方式和长度有关。以上分析是完全接地时的情况。当发生不完全接地时,即通过一定的电阻接地,此时接地电流要小一些。

由于现代城市发展迅速,土地资源有限,造成线路走廊紧缺,设计部门将10kV出线采用多回线路同杆架设。这样设计将使对地电容大大增加。单相接地电流将增大很多,有时将达到几安培甚至十几安培。足以致使高压侧熔丝熔断。

系统中电磁式PT的励磁电抗是典型的非线性电感元件,正常时电感值很高,电压过高时铁心趋于饱和,励磁电抗呈现非线性,参数匹配时会和线路电容形成共振的振荡回路,使系统出现过电压和过电流。在单相接地时,由于非故障相电压升高,会使带有铁心的电感元件可能出现磁饱和,电磁式压变与线路电容发生铁磁谐振,产生过电压形成过电流造成熔丝熔断。

如果未发生谐振,因线路电容达到一定数值后,故障恢复,因线路电容放电冲击电流造成压变高压熔丝熔断。具体分析,当系统正常运行时,系统线路对地电容所带总电荷为零,当一相接地时,另两项电压升高到线电压,健全相便充上和其线电压相适应的电荷,接地故障存在时,电荷以导线和大地流动,形成电容电流。接地故障突然消失后,各相对地电压恢复到正常运行水平,充以线电压电荷的非故障相导线,导线所带电荷通过压变一次绕组泄入大地。造成铁芯过分饱和,感抗降低,在工频电压作用下出现很大的冲击电流,造成熔丝熔断。

由此可见,电磁式电压互感器采用三相PT接线方式高压侧熔丝熔断故障时常伴随着单相接地故障,结合故障特点及设备特点,可以分析压变高压侧熔丝熔断的原因为:

(1)单相接地时电容电流过大;

(2)压变产生铁磁谐振过电压引起的过电流;

(3)单相接地突然消失后,非故障相中的一相或两相绕阻内出现巨大的涌流

4   抑制措施分析

针对设备运行状况,预防谐振和电容冲击电流的影响,我们采用以下措施:

4.1  中性点经消弧线圈接地方式;

    消弧线圈在系统发生单相接地时,可形成一个与接地电流的大小接近相等但方向相反的电感电流,这个电流与电容电流相互补偿,能有效地降低(或抵消)接地故障点的电流幅值和电流过零后的电压恢复速度,使接地故障点形成的电弧自然熄灭,保持系统继续运行。

据熔丝熔断统计表分析,消弧线圈投入运行后,只发生了过一次熔丝熔断情况,说明消弧线圈对预防谐振和电容冲击电流具有很好的抑制作用。

4.2  采用零序PT接线方式,将单相P串联在三相P的一次中性线上(以下简称“四PT”接线方式) 

图三 零序电压互感器原理接线图

零序电压互感器的接线原理图如图三所示。由4台单相PT组成,其中三台主PT一次侧接成星形,其中性点通过一台零序PT接地。在正常运行时,主PT二次侧相电压为57.7 V,线电压为100 V。电压指示、计量、保护与三PT接线方式不变。当电网发生一相接地时,主PT中性点的电压将上升到相电压,零序PT的二次侧两端(P2)呈现出100/√3=57.7V。对接地指示有足够的灵敏度。

采用4PT接线方式,增加的PT分担了单相故障时加在原PT高压绕组上的线电压,使得故障消失后需释放的电荷减少,同时能有效避免压变铁芯的过饱和,减少电容电流对高压熔丝的冲击。我们通过近一年多的运行发现采用4PT接线方式后,未发生过高压熔丝熔断故障,说明此接线方式能有效预防压变高压侧熔丝熔断。

  结论

5.1  1035kV中性点不直接接地系统中安装消弧线圈装置,能降低接地电容电流的冲击,能有效降低高压侧熔丝熔断故障的发生。

5.2  单相接地时,变电站1035kV中性点不接地系统电压互感器一次侧高压熔丝熔断有多种原因,要根据不同的情况分析处理,在一次绕组的接地端串接零序PT通常能有效防止这一现象的发生。

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