李 登
(四川明珠集團(tuán)有限責(zé)任公司,四川射洪 629200)
某水電站35 kV配電系統(tǒng)電源主要由兩臺110 kV三繞組變壓器供電,35 kV為單母線分段接線,出線五回,其中351作為東電分廠電源,352備用,353供高耗能企業(yè)——華星硅業(yè)用電,354供高耗能企業(yè)——金谷硅業(yè)用電,355供廠用電。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖1。
圖1 35 kV配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
2010年9月10日,35 kV兩段母線報零序電壓告警,母線相間電壓達(dá)到55 kV左右,監(jiān)控系統(tǒng)頻率指示不正常,數(shù)值擺動。報調(diào)度后,分開了母聯(lián)313開關(guān),I母電壓恢復(fù)正常,Ⅲ母電壓仍舊異常。分開接于Ⅲ母上的353開關(guān),Ⅲ母電壓恢復(fù)正常。初步判斷為353線路單相接地。除353外,所有線路和開關(guān)恢復(fù)運(yùn)行狀態(tài)。15 min后,35 kV母線電壓又開始振蕩,經(jīng)檢查,35 kVⅢ母A相PT爆炸,東電分廠35 kV母線PTA、C相噴油(事后經(jīng)高壓試驗,該組互感器絕緣被擊穿)。
2010年9月17日又發(fā)生了類似情況,且351金東線線路PT在故障發(fā)生時柜內(nèi)有較強(qiáng)的電暈聲,經(jīng)檢查,該P(yáng)T柜A相復(fù)合支柱絕緣子被擊穿。
2010年9月24日,在353華星硅業(yè)供電過程中再次發(fā)生了類似情況。幾次諧振過電壓典型曲線見圖2。
圖2 諧振過電壓典型曲線圖
該電站35 kV配電系統(tǒng)在15日內(nèi)發(fā)生了三次互感器過電壓故障,因此,必須從根源上查找故障原因,并提出預(yù)防措施。
該電站35 kV I母及Ⅲ母電壓互感器、東電35 kV母線電壓互感器均接在該系統(tǒng)的35 kV母線上,其一次側(cè)繞組接成星型,中性點直接接地,因此,各相對地勵磁電感L1、L2、L3與導(dǎo)線對地電容Co之間各自組成獨(dú)立的振蕩回路,可將其看成是對地的三相負(fù)荷。華星硅業(yè)母線電壓互感器為V-V接法,可視為各相對地勵磁電感L1、L2、L3開路,不會構(gòu)成諧振回路。其等值電路見圖3。
圖3 互感器引起的鐵磁諧振過電壓等值電路圖
各相對地的導(dǎo)納可以寫成:
在正常運(yùn)行條件下,勵磁電感L1=L2=L3=L0,故Y1=Y2=Y3=Y0,三相對地負(fù)荷是平衡的,電網(wǎng)的中性點處在零電位,即不發(fā)生位移現(xiàn)象。但是,當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生沖擊撓動時,如開關(guān)突然合閘、突然增加大額負(fù)荷或線路中發(fā)生瞬間的弧光接地現(xiàn)象時,都可能使一相或兩相對地電壓瞬間提高,使得電壓升高相的電壓互感器的勵磁電流突然增大而發(fā)生飽和,其等值勵磁電感相應(yīng)減少,以致三相對地負(fù)荷變成不平衡,中性點將發(fā)生位移電壓,相量疊加的結(jié)果可能使一相對地電壓升高,另外兩相則降低;也可能使兩相的對地電壓瞬間升高,另一相對地電壓降低,一般以后者為常見。這種鐵磁諧振過電壓由于諧振的頻率等于電源頻率(50 Hz),故被稱為基波諧振過電壓。進(jìn)一步分析表明:如果線路很長或所接的變壓器較多(容量較大),C0很大或者互感器的勵磁電感很大,以致回路中的自振頻率很低,有可能產(chǎn)生低頻率的(通常為1/2次諧波、即25周/秒)諧振現(xiàn)象,稱為分次諧波諧振過電壓。反之,如果C0很小,或者互感器的勵磁電感很小,以致回路中的自振頻率很高,就有可能產(chǎn)生高次(3次)諧波諧振過電壓現(xiàn)象。
(1)報告調(diào)度,進(jìn)行人工選線,尋找和隔離單相接地點,破壞諧振產(chǎn)生的條件。
(2)及時恢復(fù)故障受損設(shè)備。
(3)對絕緣薄弱的環(huán)節(jié)如母線互感器進(jìn)行診斷性試驗。對于所發(fā)現(xiàn)的受過電壓影響造成絕緣降低的設(shè)備及時組織更換。
按《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》DL/T 620-1997第4.1.4 條“3~66 kV 不接地系統(tǒng)或消弧線圈接地系統(tǒng)偶然脫離消弧線圈的部分,當(dāng)連接有中性點接地的電磁式電壓互感器的空載母線(其上帶或不帶空載短線路),因合閘充電或在運(yùn)行時接地故障消除等原因的激發(fā),使電壓互感器過飽和則可能產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓。為限制這類過電壓,可選取下列措施:(1)選用勵磁特性飽和點較高的電磁式電壓互感器。(2)減少同一系統(tǒng)中電壓互感器中性點接地的數(shù)量,除電源側(cè)電壓互感器高壓繞組中性點接地外,其它電壓互感器中性點盡可能不接地。”
因此,將該站35 kV母線電壓互感器全部更換為磁特性良好、鐵芯不易飽和的抗諧振互感器;對東電35 kV母線電壓互感器采用中性點不接地運(yùn)行方式。
微機(jī)消諧裝置正常運(yùn)行或發(fā)生單相接地故障時裝置不動作,而一旦判斷電網(wǎng)發(fā)生鐵磁諧振時,便會使正反并聯(lián)在開口三角兩端的2只晶閘管交替過零觸發(fā)導(dǎo)通以限制和阻尼鐵磁諧振,當(dāng)諧振消除后晶閘管自行截止,必要時可以重復(fù)動作。裝置起動消諧期間晶閘管全導(dǎo)通,呈低阻態(tài),電阻為幾毫歐至幾十毫歐。如此小的電阻值足以阻尼高頻、基頻及分頻3種諧振,而且對整個電網(wǎng)有效,即一個系統(tǒng)中只需選擇一臺電壓互感器安裝消諧裝置即可。微機(jī)消諧裝置的缺點是難以正確區(qū)分基波諧振和單相接地。
二次開口三角并聯(lián)大功率燈泡(500 W)做為消除諧振的應(yīng)急措施,也能起到消諧的作用。該方案在5.1及5.2項因故未實施時,可作為臨時措施,施工方便,效果良好。
電磁式電壓互感器鐵磁諧振原理復(fù)雜,在采取消諧措施的同時,還應(yīng)采取限制間歇性弧光接地過電壓等措施。該電站在實施以上預(yù)防措施后,至今未發(fā)生鐵磁諧振現(xiàn)象,效果顯著,可作為同類電氣系統(tǒng)處理類似故障時參考。