田勝利-城軌交通供電系統(tǒng)PT安全應(yīng)用技術(shù)-2011

城軌交通供電系統(tǒng)PT安全應(yīng)用技術(shù)

田勝利

教授級(jí)高級(jí)工程師

2011年11月1、技術(shù)背景2、電力行業(yè)PT故障原因匯總3、供電系統(tǒng)過電壓分類及原因4、鐵磁諧振可能性分析5、系統(tǒng)單相接地及分析6、供電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式7、電壓互感器參數(shù)的正確選取8、故障引起的反思目錄1、題目背景2010年-2011年國內(nèi)數(shù)個(gè)城市地鐵先后發(fā)生十幾臺(tái)PT燒損，導(dǎo)致供電系統(tǒng)變電所母線故障，造成區(qū)域供電中斷，給行車安全造成重大隱患。行業(yè)內(nèi)PT直接掛接母線PT故障后果：1）母線短路，差動(dòng)不動(dòng)作2）過流動(dòng)作，時(shí)間長3）影響整個(gè)區(qū)域供電安全1、題目背景

母線PT故障可歸結(jié)的原因：壓互低壓側(cè)匝間和相間短路時(shí)，激磁電流迅速增大，燒壞互感器。當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，壓互一次側(cè)非故障相對(duì)地電壓為正常電壓值的根號(hào)3倍。壓互鐵芯很快飽和，線圈的感抗會(huì)迅速減小，勵(lì)磁電流猛增，電流波形畸變，若無有效的防范措施，將直接導(dǎo)致PT炸裂。諧波導(dǎo)致PT鐵磁諧振：諧波諧振，破壞絕緣，最后導(dǎo)致PT炸裂。系統(tǒng)參數(shù)組合不利時(shí)引起鐵磁諧振：由于電力網(wǎng)絡(luò)中含有電容性和電感性參數(shù)的元件，在參數(shù)組合不利時(shí)引起鐵磁諧振。過電壓倍數(shù)可達(dá)2.5倍以上，造成電氣設(shè)備絕緣擊穿，燒毀設(shè)備事故。流過電壓互感器一次繞組的零序電流增大，長時(shí)間運(yùn)行時(shí)，該零序電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)將使電壓互感器的絕緣損壞、炸裂;

系統(tǒng)中存在非線性的振蕩(弧光接地過電壓)，加劇電壓互感器的損壞進(jìn)程;

電壓互感器自身的散熱條件較差。

2、PT故障原因分析地鐵供電系統(tǒng)PT故障后的不同觀點(diǎn)：1）系統(tǒng)過電壓 操作過電壓、弧光過電壓、諧振過電壓

2）設(shè)備本身原因 絕緣擊穿→溫度巨變→膨脹爆炸2、PT故障原因分析3、供電系統(tǒng)過電壓分類及原因

直擊雷過電壓雷電過電壓感應(yīng)雷過電壓侵入雷電波過電壓長線電容效應(yīng)工頻過電壓不對(duì)稱接地故障過電壓甩負(fù)荷暫時(shí)過電壓線性諧振消弧線圈補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的線性諧振傳遞過電壓諧振過電壓鐵磁諧振線路斷線

電磁式電壓互感器飽和內(nèi)部參數(shù)諧振發(fā)電機(jī)同步或異步自勵(lì)磁開斷電容器組過電壓操作電容負(fù)荷過電壓開斷空載長線過電壓關(guān)合（重合）空載長線過電壓開斷空載變壓器過電壓操作過電壓操作電感負(fù)荷過電壓開斷并聯(lián)電抗器過電壓開斷高壓電動(dòng)機(jī)過電壓解列過電壓

間歇電弧過電壓4、鐵磁諧振可能性分析4.1鐵磁諧振理論

電力網(wǎng)中發(fā)生不同頻率的諧振，與系統(tǒng)中導(dǎo)線對(duì)地分布電容的容抗Xc0，和電壓互感器并聯(lián)運(yùn)行的綜合電感的感抗Xm，兩者的比值Xc0/Xm有直接關(guān)系。

1）鐵磁諧振的分類：根據(jù)H.A.Peterson激磁電感諧振原理，鐵磁諧振分為：分頻、高頻、基頻。4、鐵磁諧振可能性分析1）鐵磁諧振的分類（1）分頻諧振

當(dāng)比值Xc0/Xm較?。ㄔ?.01～0.1范圍內(nèi)）時(shí)發(fā)生分頻諧振的概率較大。電容和電感在振蕩時(shí)能量交換所需的時(shí)間較長，振蕩頻率較低，表現(xiàn)為：過電壓倍數(shù)較低，一般不超過2.5倍相電壓；三相電壓表的指示數(shù)值同時(shí)升高，并周期性擺動(dòng)，線電壓正常。（2）基頻諧振

當(dāng)比值Xc0／Xm接近于1時(shí)，發(fā)生基頻諧振的概率大。其表現(xiàn)為：三相電壓表中指示數(shù)值為兩相升高、一相降低，線電壓正常；過電流很大，往往導(dǎo)致電壓互感器熔絲熔斷，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)龎幕ジ衅?；過電壓不超過3.2倍相電壓，伴有接地信號(hào)指示，稱為虛幻接地現(xiàn)象。（3）高頻諧振

當(dāng)比值Xc0/Xm較大（在0.8～3范圍內(nèi)）時(shí)發(fā)生高頻諧振的概率大。發(fā)生高頻諧振時(shí)線路的對(duì)地電容較小，振蕩時(shí)能量交換較快。表現(xiàn)為過電壓倍數(shù)較高；三相電壓表的指示數(shù)值同時(shí)升高，最大值可達(dá)到4～5倍相電壓，線電壓基本正常；諧振時(shí)過電流較小。2）鐵磁諧振的激發(fā)條件（1）電壓互感器的突然投入；（2）線路發(fā)生單相接地；（3）系統(tǒng)運(yùn)行方式的突然改變或電氣設(shè)備的投切；（4）系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生較大的波動(dòng)；（5）電網(wǎng)頻率的波動(dòng)；（6）負(fù)荷的不平衡變化等。3）一般性結(jié)論（1）當(dāng)Xc0/Xm≤0.01或Xc0/Xm>3時(shí)，系統(tǒng)一般不會(huì)發(fā)生鐵磁諧振。（2）在不同的諧振區(qū)域，諧振的外施觸發(fā)電壓是不同的。（3）分頻諧振區(qū)諧振外施電壓為最低，在正常額定電壓下系統(tǒng)稍有波動(dòng)就可觸發(fā)諧振。（4）高頻諧振區(qū)的諧振外施電壓最高。（5）在同一諧振區(qū)域內(nèi)不同的Xc0/Xm比值下，諧振的最低外施觸發(fā)電壓（臨界值）也是不