變電站的實(shí)際應(yīng)用 電流、電壓互感器的選擇

隨著電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的日益擴(kuò)大,系統(tǒng)短路容量隨之增大,電網(wǎng)上諧波也隨之增多.在10 kV、35 kV中壓電網(wǎng)中電流互感器(CT)、電壓互感器(PT)是電力系統(tǒng)中一次與二次的連接環(huán)節(jié),他們的各項(xiàng)性能指標(biāo)直接影響整個電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和二次自動化保護(hù)的正確動作.

由于電網(wǎng)中諧振現(xiàn)象的普遍存在,所以PT是電網(wǎng)運(yùn)行中很容易出現(xiàn)故障的元件,選擇時一定要謹(jǐn)慎;而某些10 kV、35 kV線路正常供電負(fù)荷又相對較小,造成選擇CT時既要確保動熱穩(wěn)定要求以及線路短路時保護(hù)CT滿足10%誤差曲線要求,又要保證正常情況下表計測量的準(zhǔn)確性,還要考慮結(jié)構(gòu)緊湊、經(jīng)濟(jì)合理.實(shí)際運(yùn)行中曾出現(xiàn)過線路短路時CT飽和,保護(hù)拒動,因而影響系統(tǒng)安全;也出現(xiàn)過變比選擇過大造成計量不準(zhǔn),影響企業(yè)效益和信譽(yù).因此在設(shè)計和選擇PT、CT時必須綜合考慮各種因素.

1變電站的實(shí)際應(yīng)用情況

35kVxxx變電站主變?nèi)萘?000kVar,電壓等級35/10 kV.由于該變電站靠近110 kV變電站,10 kV母線短路容量較大,而10 kV出線負(fù)荷在一年內(nèi)不同季節(jié)變化較大,正常時負(fù)荷比較小,農(nóng)忙季節(jié)負(fù)荷又很大.10 kV出線負(fù)荷情況見表1.建站時10 kV開關(guān)站采用的是預(yù)裝式開關(guān)站,其CT變比為兩條線路100/5,兩條線路150/5;PT為普通型JDZJ-10一組,采用RN110/0.5熔斷器保護(hù).在半年的實(shí)際運(yùn)行中,出現(xiàn)了如下問題:

① 計量上出現(xiàn)35 kV側(cè)與10 kV側(cè)有誤差現(xiàn)象;

② PT及保護(hù)熔斷器各燒壞一只.經(jīng)過分析認(rèn)為原因如下: 10 kV側(cè)負(fù)荷長時間小于CT負(fù)荷的50%,造成計量出現(xiàn)偏差;當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)中諧振比較大,而PT又沒有采取抗諧振措施,熔斷器的反應(yīng)時間過長造成的.伊店變電站35 kV側(cè)系統(tǒng)阻抗為0.098 2 Ω.經(jīng)計算主變額定容量運(yùn)行時,10 kV母線三相短路電流為16.12 kA.根據(jù)以上計算,CT保護(hù)變比選擇100/5,則10 kV母線三相短路電流將為CT一次電流的16倍多,而一般CT不超過10%誤差曲線的倍數(shù)為10~15倍.根據(jù)有關(guān)技術(shù)反事故措施文件要求,10 kV、35 kV系統(tǒng)中CT保護(hù)變比選擇應(yīng)大于200/5,以保證繼電保護(hù)動作的準(zhǔn)確性.解決上述問題的措施如下:10 kV側(cè)CT更換為雙變比CT,計量、測量變比分別為50/5、100/5;75/5、150/5,保護(hù)級變比全為200/5;PT更換為JSZF-10三相一體式電壓互感器,它具有抗諧振功能,熔斷器換為XRNP-10/0.5型高分?jǐn)嗄芰Φ娜蹟嗥?投入運(yùn)行至今兩年多沒有再出過問題.

2電流互感器的選擇

首先根據(jù)線路的最大負(fù)荷電流選擇CT的一次額定電流.確定線路的最大負(fù)荷電流時,應(yīng)考慮回路可能出現(xiàn)的過負(fù)荷以及近5年來負(fù)荷的增長情況;其次是校驗(yàn)動熱穩(wěn)定要求.根據(jù)遠(yuǎn)景規(guī)劃計算系統(tǒng)短路容量,由于系統(tǒng)短路電流較大,對于負(fù)荷較輕的線路的CT不能滿足要求,此時只能提高變比以確保滿足該項(xiàng)技術(shù)指標(biāo);第三是額定輸出容量的選擇.是指在額定一次電流、額定變比條件下,保證所要求的準(zhǔn)確級時,所能輸出的最大容量.

CT輸出容量根據(jù)式(1)選擇:

其中: I2為CT的額定二次電流,K2為連接導(dǎo)線的接線系數(shù),Z2為連接導(dǎo)線的阻抗,R為接觸電阻,取0.05~0.1 Ω,對于測量表計用CT:K1為測量表計的接線系數(shù),Z1為測量表計的電流線圈阻抗,對于保護(hù)用CT:K1為繼電器的接線系數(shù),Z1為繼電器的電流線圈阻抗.

測量表計用CT二次的實(shí)際容量應(yīng)在額定容量的25%~100%之間,在這一范圍內(nèi),電流互感器運(yùn)行在磁化曲線的直線部分,誤差最小.保護(hù)用CT二次的實(shí)際容量應(yīng)小于額定容量.此外,保護(hù)用CT還應(yīng)按10%誤差曲線校驗(yàn):

1)計算出CT二次所接的實(shí)際負(fù)荷阻抗Z.

2)計算出在最嚴(yán)重短路情況下,通過CT一次側(cè)的短路電流為一次額定電流的倍數(shù)m=KkI1max/I1,式中I1max為CT一次側(cè)可能流過的最大短路電流有效值;I1為一次額定電流值;Kk為可靠系數(shù),取1~2.

3)根據(jù)廠家提供的10%誤差曲線和算出的m值,查出二次側(cè)允許接入的最大阻抗Zmax≥Z.

根據(jù)上述計算值及要求,經(jīng)綜合分析比較,選擇出能滿足上述各項(xiàng)要求的CT.但因上述各項(xiàng)要求是相互制約甚至相互矛盾的,選擇比較時應(yīng)注意以下兩點(diǎn):

1)大變比CT可使保護(hù)CT滿足要求,但計量CT可能超出誤差,因此應(yīng)選用多變比計量CT,大變比保護(hù)CT.

2)選擇大容量CT可能造成開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備過分擁擠,給檢修帶來不必要的麻煩,因此應(yīng)適當(dāng)選取CT的二次輸出容量,以滿足要求,少有余度為宜.

3電壓互感器的選擇

首先根據(jù)變電站的實(shí)際情況選擇二次電壓值及級別精度;其次是校驗(yàn)動熱穩(wěn)定要求;第三是額定輸出容量的選擇,此外需要注意的就是電網(wǎng)中的諧振對PT產(chǎn)生的危害,特別是分頻諧振,它產(chǎn)生的過電壓并不高,但流過電壓互感器的電流卻很大,可以達(dá)到正常電流的30~50倍[2],所以常常使電壓互感器過熱而爆炸,使整個變電站停電,造成比較嚴(yán)重的后果.

根據(jù)上述要求,經(jīng)綜合分析比較,選擇PT時應(yīng)注意以下三點(diǎn):

1) 一次熔斷器是保護(hù)PT的第一道關(guān)卡,它的選擇是非常重要的.一定要選用具有高分?jǐn)嗄芰Α㈨憫?yīng)時間快的熔斷器.

2) 在輸出容量許可的情況下,一定要選擇本身帶有抗諧振功能的PT.

3) 選用大容量PT時,由于大容量PT都是單相的,一定要加裝消諧裝置.

4結(jié)束語

PT、CT是35 kV、10 kV電力系統(tǒng)中保證表計計量準(zhǔn)確和保護(hù)正確動作的重要組成元件,也是變電站系統(tǒng)中一次和二次自動化保護(hù)的主要連接元件,對電力系統(tǒng)的安全與運(yùn)行都有直接影響.在選擇PT、CT時,首先應(yīng)保證它們的動熱穩(wěn)定要求,然后可通過選擇多變比CT滿足保護(hù)和計量要求,通過選擇帶有抗諧振功能的PT或加裝輔助消諧設(shè)備的PT,以減少諧振對PT造成的危害.

PT、CT爆炸原因分析

PT爆炸原因分析

在6～35 kV的中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中，由于變壓器、電壓互感器、消弧線圈等設(shè)備鐵心電感的磁路飽和作用，激發(fā)產(chǎn)生持續(xù)的較高幅值的鐵磁諧振過電壓。鐵磁諧振可以是基波諧振、高次諧波諧振、分次諧波諧振。

這種諧振產(chǎn)生的過電壓的幅值雖然不高，但因過電壓頻率往往遠(yuǎn)低于額定頻率，鐵心處于高度飽和狀態(tài)，其表現(xiàn)形式可能是相對地電壓升高，勵磁電流過大，或以低頻擺動，引起絕緣閃絡(luò)、避雷器炸裂、高值零序電壓分量產(chǎn)生、虛幻接地現(xiàn)象出現(xiàn)和不正確的接地指示。

嚴(yán)重時還可能誘發(fā)保護(hù)誤動作或在電壓互感器中出現(xiàn)過電流引起PT燒壞。1故障現(xiàn)象及相關(guān)數(shù)據(jù)6kV系統(tǒng)共有八段，采用的是xxx生產(chǎn)的電氣組合柜，該廠設(shè)備自投產(chǎn)以來，主部件未發(fā)生大的缺陷，但其輔助測量PT發(fā)生了8臺次損壞，現(xiàn)象表現(xiàn)為本體炸裂、內(nèi)部絕緣物質(zhì)噴出故障，致使6kV系統(tǒng)的相關(guān)保護(hù)不能投運(yùn)，部分自動功能無法實(shí)現(xiàn)。這給廠用系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了極大的隱患。

2故障原因初探根據(jù)故障現(xiàn)象，經(jīng)過初步判斷，估計是由于下述的幾個原因所致。

1) 產(chǎn)品質(zhì)量不好：如果由于產(chǎn)品本身絕緣、鐵心疊片及繞制工藝不過關(guān)等，均可能致使電壓互感器發(fā)熱過量使絕緣長期處于高溫下運(yùn)行，從而導(dǎo)致絕緣加速老化，出現(xiàn)擊穿。該類型的電壓互感器一次側(cè)繞組發(fā)生匝間短路，這樣電流會迅速增大，鐵磁也將迅速飽和從而導(dǎo)致諧振過電壓，使絕緣擊穿，高壓熔斷器被熔斷。

2) 電壓互感器二次負(fù)荷偏重，一、二次電流較大，使二次側(cè)負(fù)載電流的總和超過額定值，造成PT內(nèi)部繞組發(fā)熱增加，尤其是在電壓高于PT額定電壓(6kV)情況下，PT內(nèi)部發(fā)熱更加嚴(yán)重；再者，該系統(tǒng)屬于中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)，故一次側(cè)電壓在運(yùn)行中容易發(fā)生偏斜，當(dāng)某相出現(xiàn)高電壓時，該相PT更加容易發(fā)生熱膨脹爆裂。

表1故障統(tǒng)計編號 電壓互感器型號 現(xiàn)象 備注

601 VKI7.2 C相爆裂，引起匝間短路 更換為JDZX8-6型電壓互感器后，投運(yùn)不到兩天時間，又發(fā)生B相爆裂，引起匝間短路

603 VKI7.2 A相爆裂，引起匝間短路

604 VKI7.2 A相爆裂，引起匝間短路

606 VKI7.2 A、C相爆裂，引起匝間短路

607 VKI7.2 A、C相爆裂，引起匝間短路

主要技術(shù)參數(shù)：變比600/根號3/100根號3/100/3，額定容量90/100VA，上?；ジ衅鲝S

注：1)VKI 7.2型電壓互感器為引進(jìn)型，國內(nèi)相應(yīng)的產(chǎn)品型號為JDZX8-6；6kVⅠ段至Ⅷ段各有一組(3臺)變比為6000/3／100/3／100/3的互感器，

2)工藝為樹脂澆注式半絕緣，一次中性點(diǎn)的耐受為3kV(出廠值)。

3) 由于鐵磁諧振而造成電壓互感器被擊穿，因?yàn)椋罕粨舸┑碾妷夯ジ衅魉幍哪妇€帶的負(fù)荷呈感性的比較多，特別是Ⅲ、Ⅳ段，帶有大容量的深井泵，在負(fù)荷分配上其感抗大于容抗，由于某種原因，而使系統(tǒng)電壓波動(如深井泵頻繁啟停等)，使電路中電流和電壓發(fā)生突變，可能導(dǎo)致電壓互感器鐵心迅速飽和、感抗減小，當(dāng)感抗小于容抗時，將產(chǎn)生鐵磁諧振，導(dǎo)致電壓互感器激磁電流增大幾十倍，而過電壓幅值將達(dá)到近2.5Ue，甚至于達(dá)到3.5Ue以上，而且持續(xù)時間較長，電壓互感器在這樣大電壓、大電流下運(yùn)行，使本身的溫度也迅速升高，導(dǎo)致?lián)p壞。根據(jù)上述的分析，為此組織QC小組對其原因進(jìn)行分析，同時派人外出調(diào)研，調(diào)研結(jié)果表明：

(1)應(yīng)不存在產(chǎn)品質(zhì)量問題，原因是該互感器在華東地區(qū)廣泛采用，從收集的資料上看，該廠產(chǎn)品的業(yè)績是良好的，雖然在某些地方也曾出現(xiàn)過一些問題，但xxxx電廠這樣大量的損壞是沒有的。

(2)懷疑電壓互感器二次負(fù)荷偏重導(dǎo)致PT損壞的理由也不成立，原因是該P(yáng)T 0.5級二次繞組額定容量為90 VA，在1998年11月16日，測量了604PT二次側(cè)星形接線負(fù)荷，在二次接線回路上施加100V的三相交流電源(停用備自投)，測得Ia=0.61 A，Ib=1.05 A， Ic=0.605 A，測得星形接線負(fù)荷容量：Sa=35.2 VA，Sb=60.6 VA，Sc=35VA，PT總輸出容量為105.6 VA；次日，測量601PT二次側(cè)星形接線負(fù)荷，在二次接線回路上施加100V的三相交流電源(停用備自投，有一塊電度表未裝)，測得Ia=0.4 A， Ib=0.7 A，Ic=0.4 A，測得星形接線負(fù)荷容量：Sa=23.09VA，Sb=40.04 VA，Sc=23.09 VA，PT總輸出容量為69.28 VA。通過實(shí)際測量結(jié)果分析，除604PT有一相超出額定值外，其余均在額定值范圍內(nèi)，同時，按照PT的容量為一個數(shù)列，一般50 VA就能滿足使用，所以說90 VA的容量應(yīng)該是足夠大的。因此，二灘大量的PT損壞原因應(yīng)該為電磁諧振所致。

3鐵磁諧振的幾個特點(diǎn)

1)對于鐵磁諧振電路，在相同的電源電勢作用下回路可能不只一種穩(wěn)定的工作狀態(tài)。電路到底穩(wěn)定在哪種工作狀態(tài)要看外界沖擊引起的過渡過程的情況。

2)PT的非線性鐵磁特性是產(chǎn)生鐵磁諧振的根本原因，但鐵磁元件的飽和效應(yīng)本身也限制了過電壓的幅值。此外回路損耗也使諧振過電壓受到阻尼和限制。當(dāng)回路電阻大于一定的數(shù)值時，就不會出現(xiàn)強(qiáng)烈的鐵磁諧振過電壓。3) 串聯(lián)諧振電路來說，產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓的的必要條件是ω0=1／L0C＜ω。因此鐵磁諧振可在很大的范圍內(nèi)發(fā)生。

4) 維持諧振振蕩和抵償回路電阻損耗的能量均由工頻電源供給。為使工頻能量轉(zhuǎn)化為其它諧振頻率的能量，其轉(zhuǎn)化過程必須是周期性且有節(jié)律的，即…1/2(1，2，3…)倍頻率的諧振。

5) 鐵磁諧振對PT的損壞。電磁諧振(分頻)一般應(yīng)具備如下三個條件。

① 鐵磁式電壓互感器(PT)的非線性效應(yīng)是產(chǎn)生鐵磁諧振的主要原因。

② PT感抗為容抗的100倍以內(nèi)，即參數(shù)匹配在諧振范圍。

③ 要有激發(fā)條件，如PT突然合閘、單相接地突然消失、外界對系統(tǒng)的干擾或系統(tǒng)操作產(chǎn)生的過電壓等。據(jù)試驗(yàn)分頻諧振的電流為正常電流的240倍以上，工頻諧振電流為正常電流的40～60倍左右，高頻諧振電流更小。在這些諧振中，分頻諧振的破壞最大，如果PT的絕緣良好，工頻和高頻一般不會危及設(shè)備的安全，而6 kV系統(tǒng)存在上述條件。4鐵磁諧振的常用消除辦法根據(jù)以上分析配電系統(tǒng)鐵磁諧振的特性，就不難找到加以解決的辦法。

通常的解決辦法有：

1) PT一次的中性點(diǎn)加裝阻尼電阻。該方法在已廣泛采用，生產(chǎn)定型產(chǎn)品的廠家比較多，在實(shí)際運(yùn)用中都取得了滿意的效果。如西安電瓷廠生產(chǎn)的RXQ系列消諧器，該消諧器串接于PT一次繞組中性點(diǎn)與地之間，內(nèi)部材料為大容量的非線性碳化硅電阻片及散熱片等串聯(lián)組裝于瓷套內(nèi)而成。其工作原理為：在低壓下消諧器呈高電阻值(可達(dá)幾百千歐)使諧振在起始階段不易發(fā)展，單相接地時，消諧器上出現(xiàn)千余伏電壓，它的非線性電阻下降，使其不影響接地保護(hù)的工作。

2) 在PT開口三角側(cè)并聯(lián)固定(或可變)阻尼，一些要求不太高的變電所或配電。