鐵磁諧振對(duì)電壓互感器的損害及消諧措施

1、鐵磁諧振對(duì)電壓互感器的損害及消諧措施 毛敬偉 譚鋒 河北省邯鄲電力設(shè)備廠 (056004   【摘要】本文從理論上闡述了鐵磁諧振過(guò)電壓的產(chǎn)生機(jī)理及對(duì)互感器的損害，并提出了消諧措施。 【關(guān)鍵詞】鐵磁諧振電壓互感器損害消磁措施 1鐵磁諧振過(guò)電壓產(chǎn)生的機(jī)理 在最簡(jiǎn)單的帶鐵芯電感L和電容C與電源E的串聯(lián)回路中，電容壓降，電感壓降UL=I·L。 由于與 和 反向，所以式中Uc-電容壓降 UL-電感壓降 I-線路電流 E-電源電壓 L-電感量 C-電容量 -2f圖1串聯(lián)鐵磁諧振電路特性曲線 由于鐵磁電感具有非線性特征，求解這一電路采用圖解法。圖1表示ULI、UcI的伏安特性?？梢钥闯觯?/p>

2、UcI是一條斜直線，而UcI具有鐵磁飽和的特性，它們相交于e點(diǎn)。圖中同時(shí)畫(huà)出u與I的關(guān)系曲線，它和E直線相交于a1，a2，a3三點(diǎn)，在三個(gè)點(diǎn)上，E=u時(shí)，稱為平衡點(diǎn)，即電路可能的工作點(diǎn)。由圖可知，電源E沒(méi)有足夠大擾動(dòng)，則電路便穩(wěn)定工作在a1點(diǎn)，電感和電容上的電壓分別為 和，且 ，故 電路呈感性，這時(shí)電流較小，電路處于非諧振狀態(tài)。但由于10kV配電系統(tǒng)大多采用中性點(diǎn)不接地方式運(yùn)行，其線路(尤其是電纜出線對(duì)地存在分布電容，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行正常時(shí)，各相電壓互感器的感抗相等，中性點(diǎn)電壓等于零。但如果當(dāng)線路因斷線、雷擊或其他原因而產(chǎn)生單相接地故障時(shí)(如A相，接地相對(duì)地電壓降到接近于零，而非故障相對(duì)地電壓上升倍

3、，導(dǎo)致嚴(yán)重的中性點(diǎn)位移，中性點(diǎn)對(duì)地電壓升高，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和對(duì)稱性遭到破壞。 另一方面由于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式的主要特點(diǎn)是單相接地后，允許維持一定的時(shí)間，一般為2h，不致于引起用戶斷電。但隨著中壓電網(wǎng)的擴(kuò)大，出線回路數(shù)增多、線路增長(zhǎng)，中壓電網(wǎng)對(duì)電容電流亦大幅度增加，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，其接地點(diǎn)電阻較大且接觸不良，因而在接地點(diǎn)出現(xiàn)瞬燃瞬熄的電弧放電，從而造成電壓瞬高瞬低，同時(shí)引發(fā)電能、磁能的振蕩。 單相接地時(shí)接地電弧不能自動(dòng)熄滅，必然產(chǎn)生弧光過(guò)電壓，一般為35倍相電壓甚至更高，致使電網(wǎng)中絕緣薄弱的地方放電擊穿，并會(huì)發(fā)展為相間短路造成設(shè)備損壞和停電事故。對(duì)于全部(或大部分是電纜出線的電網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)的電

4、容電流會(huì)更大，單相接地后電弧不能自行熄滅，產(chǎn)生的弧光過(guò)電壓可能導(dǎo)致相間短路而電纜"放炮"。所以當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，就會(huì)使電源電壓瞬間升高，工作點(diǎn)越過(guò)UI曲線的最高點(diǎn)達(dá)到a2點(diǎn)，但a2點(diǎn)并不是穩(wěn)定工作點(diǎn)，因?yàn)殡娐分须娏饕坏┢xa2點(diǎn)而增大時(shí)，電源電勢(shì)E便大于U，使回路電流I繼續(xù)增大，這使帶鐵芯電感更加飽和，L值進(jìn)一步下降，I隨之增加，達(dá)到串聯(lián)諧振點(diǎn)e點(diǎn)，在e點(diǎn)L=1/C，理論上此時(shí)過(guò)電壓將趨于無(wú)窮大，但e點(diǎn)也不是穩(wěn)定工作點(diǎn)，隨著電流激增L將繼續(xù)減少，電路就自動(dòng)偏離諧振條件而躍變到新的穩(wěn)定工作點(diǎn)a3為止，此時(shí)，雖然工作點(diǎn)已偏離理論上的諧振工作點(diǎn)e，但這時(shí)電流已經(jīng)很大， 、

5、 都很高，所以我們說(shuō)電路仍處于諧振狀態(tài)。此時(shí)由于 ，電路呈容性。從以上分析可以看出，所謂鐵磁諧振就是由于鐵芯飽和而引起的一種躍變過(guò)程，由于a1點(diǎn)到a3點(diǎn)的躍變，使電路由原來(lái)的感性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菪誀顟B(tài)，電路相位發(fā)生180°反轉(zhuǎn)。 通過(guò)以上對(duì)串聯(lián)鐵磁諧振電路的分析，我們就能夠明白，當(dāng)線路發(fā)生單相接地時(shí)，兩相電壓瞬時(shí)升高，三相鐵芯受到不同的激勵(lì)而呈現(xiàn)不同程度的飽和，電壓互感器的各相感抗發(fā)生變化，各相電感值不相同， 中性點(diǎn)位移產(chǎn)生零序電壓。由于線路電流持續(xù)增大，導(dǎo)致電壓互感器鐵芯逐漸磁飽和，其電感迅速減小，當(dāng)電感降到滿足L1/C時(shí)，即具備諧振條件，從而產(chǎn)生諧振過(guò)電壓。在發(fā)生諧振時(shí)，電壓互感器一

6、次勵(lì)磁電流急劇增大，使高壓熔絲熔斷。如果電流尚未達(dá)到熔絲的熔斷值，但超過(guò)了電壓互感器額定電流，長(zhǎng)時(shí)間處于過(guò)電流狀況下運(yùn)行，必然造成電壓互感器燒損。 2消除鐵磁諧振的技術(shù)措施 (1選擇勵(lì)磁特性好的電壓互感器或改用電容式電壓互感器。 (2在同一個(gè)10kV配電系統(tǒng)中，應(yīng)盡量減少電壓互感器的臺(tái)數(shù)。 (3在三相電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)串接單相電壓互感器或在電壓互感器二次開(kāi)口三角處接入阻尼電阻。 (4在母線上接入一定大小的電容器，使容抗(Xc與感抗(XL的比值小于0.01可避免諧振。 (5系統(tǒng)中性點(diǎn)裝設(shè)消弧線圈。 (6采用自動(dòng)調(diào)諧原理的接地補(bǔ)償裝置，通過(guò)過(guò)補(bǔ)、全補(bǔ)和欠補(bǔ)的運(yùn)行方式，來(lái)較好地解決此類問(wèn)題。 目前自動(dòng)調(diào)諧接地補(bǔ)償裝置主要是由五大部分組成：接地變壓器、電動(dòng)式消弧線圈、微機(jī)控制部分、阻尼電阻部分、中性點(diǎn)專用互感器和非線性電阻。接地變壓器是作為人工中性點(diǎn)接入消弧線圈。消弧線圈電流通過(guò)有載開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方自動(dòng)控制，采用預(yù)調(diào)節(jié)方式，即在正常運(yùn)行方式情況下，根據(jù)電網(wǎng)參數(shù)的變化而隨時(shí)調(diào)節(jié)消弧線圈的分接頭到最佳位置。利用微機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤和自動(dòng)調(diào)諧。