一起110kV母線過電壓故障分析及解決方法

1、一起110kv母線過電壓故障分析及解決方法?8?冶金動力merallurgicalpower2001年第1期總第83期一起110kv母線過電壓故障分析及解決方法蘇國友林挺生(馬鋼動力廠安徽馬鞍山243000)failureanalysisofovervoltageofa110kvbusbarandsolutionssuguoyoulintingsheng(polcfptant,ma(nshrniron邑lsteerco.lid.rmshn,a”hu243000)1電力系統(tǒng)過電壓概述電力系統(tǒng)過電壓可分為大氣過電壓和內(nèi)部過電壓.大氣過電壓也稱為外部過電壓,主要是雷擊線路產(chǎn)生的瞬間系統(tǒng)電壓升高f內(nèi)部

2、過電壓則是由于斷路器的操作,線路故障或其他原因使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化,引起電網(wǎng)內(nèi)部電磁能量的轉(zhuǎn)化或傳遞所造成的電壓升高.它包括操作過電壓和諧振過電壓.操作過電壓是系統(tǒng)故障或操作斷路器引起系統(tǒng)電壓暫態(tài)升高,其與大氣過電壓一樣持續(xù)時間較短.而諧振過電壓則是因系統(tǒng)電感和電容參數(shù)配合不當(dāng),出現(xiàn)各種持續(xù)時間很長的諧振現(xiàn)象和電壓升高.馬鋼一座110kv變電所曾發(fā)生過一起110kv母線段諧振過電壓,現(xiàn)結(jié)合當(dāng)時的故障現(xiàn)象,分析其機理及解決的方法.2變電所接線方式該變電所110kv主結(jié)線為內(nèi)橋式結(jié)線,受電開關(guān)為sw2110i型,每個斷口配有一只均壓電容,總?cè)萘考s900pf,母線電壓互感器為jcc6110電磁式.豐接

3、線如圖1所示.v圖1變電所主接線原理圖3事件經(jīng)過1993年,變電所經(jīng)驗收合格,準(zhǔn)備受電試運行.在線路帶電后,合上2pt隔離刀開關(guān)和2受電上下隔離刀開關(guān)后,110kv開關(guān)室內(nèi)聽到異常的電磁聲響,此時控制室內(nèi)pt電壓表指示已達滿刻度.數(shù)分鐘后,合上2進線開關(guān),電磁聲響消失,電壓表指示正常.4理論分析從上述過程看,母線上長時間存在著過電壓,不可能是大氣或操作過電壓唯一的解釋是由于斷路器的均壓電容和電磁式互感器及線路參數(shù)配合不當(dāng)而發(fā)生鐵磁諧振,出現(xiàn)持續(xù)的諧振過電壓.其等效電路如圖2所示.c圖2等效電路圖在開關(guān)k來合之前,斷路器斷口等值電容c和pt等值非線性電感l(wèi)困參數(shù)配合不當(dāng)而發(fā)生諧振,產(chǎn)生過電壓;當(dāng)

4、k合上時,電容c被k短接,諧振條件破壞,系統(tǒng)電壓恢復(fù)正常根據(jù)圖2和基爾霍夫電壓定律,下列方程成立:e一,l+,c一,(1)式中:=iojl.=1/ioc困矢量電壓和酞相位相反,故式(1)可改寫為:e=lul+uc=au(2)由于上述式(1)或(2)中含有非線性元件電感l(wèi),故求解方程,分析諧振現(xiàn)象的性質(zhì)和產(chǎn)生的條件時,應(yīng)用圖解法比較直觀,方便圖解法如圖3所示圖3非線性元件串聯(lián)諧振特性曲線一可l_fy工一嶝剮匕甘,砉壩卜2001年第1期總第83期冶金動力metallurgalpower?9?根據(jù)電壓平衡條件.在一定的電源電壓e作用下,電路將出現(xiàn)三個平衡點ni2,n,即方程(1)或(2)有三個解.通

5、過小干擾分析可知n,幽是方程的穩(wěn)定解,也就是電路的穩(wěn)定工作點.n是方程的非穩(wěn)定解,即電路不可能穩(wěn)定地工作在齜點.在n點,u,>uc,電路呈感性,和c及電路電流都不是太大,電路處于正常的非諧振狀態(tài).因”z是不穩(wěn)定的工作點,在任意小的干擾下,它都會躍變到穩(wěn)定的工作點n,或n.當(dāng)工作點由n躍變到如的過程中,經(jīng)過諧振點e.此時,一0,母線和開關(guān)電窯上的電壓理論上將趨于無窮大.同時,電源電壓e>r,一0,使回路電流進一步增大,非線性電感l(wèi)進一步減小,電路將自動偏離點而躍變到穩(wěn)定工作點,這樣過電壓就受到非線性電感的限制,而不可能趨向無窮大這時有uc>,電路呈容性,電路中的電流相位也發(fā)生了

6、180.的反轉(zhuǎn),這種現(xiàn)象稱為相位反傾.在n點,u,uc和回路電流都很大,出現(xiàn)過電壓和大電流,非線性電路處于諧振狀態(tài),對一,二次設(shè)備將產(chǎn)生嚴(yán)重的損壞.在圖3中,若外電源電勢e,電路有兩個可能的穩(wěn)定的工作點和n.在n點.電路處于穩(wěn)定的工作狀態(tài),此時,若受到一定強度的外激發(fā),如合閘,故障等,工作點可能會移至,從而發(fā)生持續(xù)的鐵磁諧振.但要指出的是,并不是所有的外激發(fā)都能產(chǎn)生諧振,它具有明顯的隨機性.若電源電勢eu,則電路只有一個穩(wěn)定的諧振工作點,此時,電路處于持續(xù)的鐵磁諧振狀態(tài).就該變電所而言,困電路接通后,系統(tǒng)無任何操作和故障,其過電壓的產(chǎn)生,是由于電路參數(shù)配合不當(dāng)而產(chǎn)生的自激振蕩.進而,得出以下結(jié)

7、論:(1)產(chǎn)生鐵磁諧振的必要條件是>1/coc,即電感和電容的伏安特性除o點外應(yīng)有交點,lc為非線性元件電感的初始電感量,對于一定的,j.在很大的c值范圍內(nèi),即c>1/l都可能產(chǎn)生諧振.(2)非線性電路在外激發(fā)產(chǎn)生時,有相位反傾現(xiàn)象.這在三相系統(tǒng)中,可使三相相序改變,從而使小容量電機反轉(zhuǎn).(3)鐵磁諧振產(chǎn)生的過電壓由于受到非線性電感量的制約,理論上其值一般不超過正常電壓的3倍.5鐵磁諧振對運行設(shè)備的危害5.1困諧振持續(xù)時間長,諧振電壓通常大于正常電壓,在諧振電壓的長期或多次作用下.出現(xiàn)不可恢復(fù)的積累效應(yīng),使設(shè)備絕緣水平下降,壽命縮短.5.2諧振產(chǎn)生的過電壓,太電流,使電壓互感器高壓

8、側(cè)電流高達額定勵磁電流的幾十倍,甚至上百倍.如此大的電流會使電壓互感器或使二次設(shè)備燒毀.據(jù)統(tǒng)計資料1992年5月13日,浙江某11okv變電所發(fā)生的鐵磁諧振,在2分鐘內(nèi)就使電壓互感器噴油起火;1995年1月8日和4月15日,福建某11okv變電所同樣由于鐵磁諧振造成110kv線路保護裝置因過電壓而起火燒毀.5.3困諧振可能會造成三相電壓不平衡,造成電壓保護裝置誤動.6解決方法6.1改變運行方式,避開諧振產(chǎn)生的條件.6.2改善設(shè)備的性能和參數(shù).選用均壓電容小或無均壓電容的斷路器,或選用飽和電壓較高的電磁式電壓互感器,或直接選用電容式電壓互感器,這些都能有效地破壞鐵磁諧振產(chǎn)生的條件,避免諧振的發(fā)生.但應(yīng)注意的是不能隨便拆除斷路器上的均壓電容,否則,將影響開關(guān)的性能參數(shù).6.3在電磁式電壓互感器的開口三角上安裝專用的消諧器.64普及鐵磁諧振知識,加強專業(yè)培訓(xùn),提高調(diào)度和運行人員應(yīng)變和識別能力,掌握正確的處理方法.7結(jié)語馬鋼在后來新建的另兩座110kv變電所中,均選用了電容式電壓互感器,它除了具有電磁式電壓互感器的功能外,還可兼傲通訊的耦合通遭,并具有沖擊絕緣水平高,造價低廉的優(yōu)點,在220kv及以上系統(tǒng)被廣泛采用.參考文獻1解廣潤.電力系統(tǒng)過電