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1、一起110kV母线过电压故障分析及解决方法?8?冶金动力MErALLURGICALPOWER2001年第1期总第83期一起110kV母线过电压故障分析及解决方法苏国友林挺生(马钢动力厂安徽马鞍山243000)FailureAnalysisofOvervoltageofa110kVBusBarandsolutionsSuGuoyouLinTingsheng(POlCFPtant,Ma(nshRnIron邑LSteerCo.Lid.rMshn,A”hu243000)1电力系统过电压概述电力系统过电压可分为大气过电压和内部过电压.大气过电压也称为外部过电压,主要是雷击线路产生的瞬间系统电压升高f内部
2、过电压则是由于断路器的操作,线路故障或其他原因使系统参数发生变化,引起电网内部电磁能量的转化或传递所造成的电压升高.它包括操作过电压和谐振过电压.操作过电压是系统故障或操作断路器引起系统电压暂态升高,其与大气过电压一样持续时间较短.而谐振过电压则是因系统电感和电容参数配合不当,出现各种持续时间很长的谐振现象和电压升高.马钢一座110kV变电所曾发生过一起110kV母线段谐振过电压,现结合当时的故障现象,分析其机理及解决的方法.2变电所接线方式该变电所110kV主结线为内桥式结线,受电开关为SW2110I型,每个断口配有一只均压电容,总容量约900pF,母线电压互感器为JCC6110电磁式.丰接
3、线如图1所示.V图1变电所主接线原理图3事件经过1993年,变电所经验收合格,准备受电试运行.在线路带电后,合上2PT隔离刀开关和2受电上下隔离刀开关后,110kV开关室内听到异常的电磁声响,此时控制室内PT电压表指示已达满刻度.数分钟后,合上2进线开关,电磁声响消失,电压表指示正常.4理论分析从上述过程看,母线上长时间存在着过电压,不可能是大气或操作过电压唯一的解释是由于断路器的均压电容和电磁式互感器及线路参数配合不当而发生铁磁谐振,出现持续的谐振过电压.其等效电路如图2所示.C图2等效电路图在开关K来合之前,断路器断口等值电容c和PT等值非线性电感L困参数配合不当而发生谐振,产生过电压;当
4、K合上时,电容c被K短接,谐振条件破坏,系统电压恢复正常根据图2和基尔霍夫电压定律,下列方程成立:E一,L+,c一,(1)式中:=ioJL.=1/ioC困矢量电压和酞相位相反,故式(1)可改写为:E=lUL+Uc=AU(2)由于上述式(1)或(2)中含有非线性元件电感L,故求解方程,分析谐振现象的性质和产生的条件时,应用图解法比较直观,方便图解法如图3所示图3非线性元件串联谐振特性曲线一可l_fy工一嶝剐匕甘,砉坝卜2001年第1期总第83期冶金动力METALLURGALPOWER?9?根据电压平衡条件.在一定的电源电压E作用下,电路将出现三个平衡点nI2,n,即方程(1)或(2)有三个解.通
5、过小干扰分析可知n,幽是方程的稳定解,也就是电路的稳定工作点.n是方程的非稳定解,即电路不可能稳定地工作在龇点.在n点,U,>uc,电路呈感性,和c及电路电流都不是太大,电路处于正常的非谐振状态.因”z是不稳定的工作点,在任意小的干扰下,它都会跃变到稳定的工作点n,或n.当工作点由n跃变到如的过程中,经过谐振点e.此时,一0,母线和开关电窑上的电压理论上将趋于无穷大.同时,电源电压E>r,一0,使回路电流进一步增大,非线性电感L进一步减小,电路将自动偏离点而跃变到稳定工作点,这样过电压就受到非线性电感的限制,而不可能趋向无穷大这时有Uc>,电路呈容性,电路中的电流相位也发生了
6、180.的反转,这种现象称为相位反倾.在n点,U,Uc和回路电流都很大,出现过电压和大电流,非线性电路处于谐振状态,对一,二次设备将产生严重的损坏.在图3中,若外电源电势E,电路有两个可能的稳定的工作点和n.在n点.电路处于稳定的工作状态,此时,若受到一定强度的外激发,如合闸,故障等,工作点可能会移至,从而发生持续的铁磁谐振.但要指出的是,并不是所有的外激发都能产生谐振,它具有明显的随机性.若电源电势EU,则电路只有一个稳定的谐振工作点,此时,电路处于持续的铁磁谐振状态.就该变电所而言,困电路接通后,系统无任何操作和故障,其过电压的产生,是由于电路参数配合不当而产生的自激振荡.进而,得出以下结
7、论:(1)产生铁磁谐振的必要条件是>1/coC,即电感和电容的伏安特性除O点外应有交点,Lc为非线性元件电感的初始电感量,对于一定的,J.在很大的C值范围内,即c>1/L都可能产生谐振.(2)非线性电路在外激发产生时,有相位反倾现象.这在三相系统中,可使三相相序改变,从而使小容量电机反转.(3)铁磁谐振产生的过电压由于受到非线性电感量的制约,理论上其值一般不超过正常电压的3倍.5铁磁谐振对运行设备的危害5.1困谐振持续时间长,谐振电压通常大于正常电压,在谐振电压的长期或多次作用下.出现不可恢复的积累效应,使设备绝缘水平下降,寿命缩短.5.2谐振产生的过电压,太电流,使电压互感器高压
8、侧电流高达额定励磁电流的几十倍,甚至上百倍.如此大的电流会使电压互感器或使二次设备烧毁.据统计资料1992年5月13日,浙江某11okV变电所发生的铁磁谐振,在2分钟内就使电压互感器喷油起火;1995年1月8日和4月15日,福建某11okV变电所同样由于铁磁谐振造成110kV线路保护装置因过电压而起火烧毁.5.3困谐振可能会造成三相电压不平衡,造成电压保护装置误动.6解决方法6.1改变运行方式,避开谐振产生的条件.6.2改善设备的性能和参数.选用均压电容小或无均压电容的断路器,或选用饱和电压较高的电磁式电压互感器,或直接选用电容式电压互感器,这些都能有效地破坏铁磁谐振产生的条件,避免谐振的发生
9、.但应注意的是不能随便拆除断路器上的均压电容,否则,将影响开关的性能参数.6.3在电磁式电压互感器的开口三角上安装专用的消谐器.64普及铁磁谐振知识,加强专业培训,提高调度和运行人员应变和识别能力,掌握正确的处理方法.7结语马钢在后来新建的另两座110kV变电所中,均选用了电容式电压互感器,它除了具有电磁式电压互感器的功能外,还可兼傲通讯的耦合通遭,并具有冲击绝缘水平高,造价低廉的优点,在220kV及以上系统被广泛采用.参考文献1解广润.电力系统过电压.北京水利电力出版社,19852余水忠.一起110kV母线谐振过电压的舟析与址理.电阿拉术?1g99()3袁毅.一起变电所母线电压互感器铁磁喈振事故的分析.电刚技术,】999(3)2OOOO919收稿第一作者简介苏国友,男,1965年出生.大学,工程师,现从事供用电技术工作
