VMHE电压监控及PT保护成套装置

我司特别推荐客户选用“快速消弧及接地选线装置”从根本上解决弧光接地过电压的问题,大幅度减少PT铁磁谐振的可能。
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1 概述

目前国内10~35kV电网系统一般采用中性点不接地和谐振接地两种运行方式。为了测量三相对地电压和监视对地绝缘,在变电站的中压母线段上接有电磁式电压互感器(以下简称 PT),且 PT的中性点直接接地。PT高压侧接有高压熔断器作为保护,两者共同安装在专设的PT开关柜内。

运行经验表明,电网系统内经常发生PT高压熔断器异常熔断、PT 设备烧毁等故障,严重威胁作业人员的人身安全,同时产生巨大的设备损失,甚至可能引起母线短路、主变掉闸等电网停电事故。

研究表明,PT故障的本质原因是PT过励磁。一方面,10~35 kV中性点不接地系统中,在一定电网扰动(操作冲击或单相接地)条件下,如果 PT被激发铁磁谐振,铁磁谐振将会持续相当长时间,导致PT长时间处于过励磁状态,最终将会造成严重的PT故障,我们称其为Ⅰ类故障。另一方面,单相接地电弧熄灭或重燃时,线路对地电容电荷进行重新分配,此过程中将形成电磁振荡并产生过电压,最高过电压倍数可达 3.5倍,从而导致PT过励磁,频繁间歇性孤光接地使PT过励磁发热,最终可能引起PT固体绝缘失效,我们称其为Ⅱ类故障。

2 PT故障理论分析

2.1 Ⅰ类故障(铁磁谐振)的原理

中性点不接地系统的等值电路见图1PT 励磁电感与系统对地电容形成并联谐振回路,在某些条件下将会激发铁磁谐振现象。

 

1  中性点非有效接地系统的等值电路

线路对地等效容抗为XC0PT对地等效电抗为Xm,正常运行时,XC0<<Xm,系统不发生谐振;但在某种电网扰动的激励作用下,PT铁心发生饱和导致Xm减小,当 XC0/Xm0.01 时,系统就可能发生铁磁谐振。

铁磁谐振主要分为基波谐振、高频谐振和分频谐振 3种形式。发生谐振时,通常两相电压升高,一相电压降低,并形成“虚幻接地”现象,铁磁谐振导致PT铁心饱和,励磁电流倍增。铁磁谐振一旦被激发,持续时间较长,只有谐振条件被破坏才可能中止。

需要指出,1/2分频谐振区域的参数区间最大,且危害最为严重,一旦发生分频谐振,PT 铁心将进入深度饱和,导致PT严重的过流、过热故障。

2.2 Ⅱ类故障((弧光接地过电压)的原理

类故障主要由间歇性弧光接地过电压导致,其原理见图 2。假如系统 C 相接地,非故障 AB 相充以与线电压对应的电容电荷;当电弧熄灭时,AB两相电压恢复至相电压,其电荷将重新分配至三相;经过半个周期后电弧重燃,电荷将再次重新分配。电弧熄灭或重燃后的电荷分配实际是一种电磁振荡过程,能够形成最高可达 3.5 倍的过电压。频繁的弧光接地过电压引起 PT 过励磁,最终引发PT过热故障

 

2  Ⅱ类故障(弧光接地过电压)电荷分配过程示意图

需要指出,目前高压电缆使用量不断提高,造成系统电容电流急剧增加,如果消弧线圈容量不足,电弧可能发生多次重燃,弧光接地引起的电磁振荡过程更加剧烈,这是PT故障多次发生的重要原因。

故从Ⅱ类故障原理的角度考虑,我司特别推荐客户选用“快速消弧及接地选线装置”从根本上解决弧光接地过电压的问题,大幅度减少PT铁磁谐振的可能。

3 现有消谐措施的局限性

3.1改善 PT 励磁特性,提高 PT 励磁特性的饱和点电压。

PT励磁特性的饱和点电压过低,在运行过程中容易进入 PT铁心饱和状态。提高 PT励磁特性的饱和点电压能有效提高 PT 抗过励磁能力,降低PT 故障率。然而目前各互感器生产商的品质差次不齐,且使用单位很少具备检测手段,故单纯靠改善励磁特性,也很难保证其运行安全。

3.2 PT高压侧中性点串接单相PT

该措施在早期敞开式10 kV/35 kV系统使用过,目前应用非常少,其缺点主要有:一是破坏了PT中性点接地条件,影响 PT 测量精度和性能;二是单相接地或谐振时,闭口三角绕组内形成很大环流,PT 负荷增加,极易引发 PT 过热故障;三 是PT开口三角绕组被短接后,无法发出系统单相接地信号。

3.3 PT 二次开口三角绕组接入阻尼电阻

二次电阻阻值应满足:R△0.4Xm/K132(K13 PT一次绕组与开口三角绕组的变比),该电阻阻值很小(约数kΩ)。二次消谐存在两个缺陷:一是不具备一次限流功能,因此对于类故障不起作用;二是电阻热容量小,单相接地或铁磁谐振均在开口三角绕组形成零序电压,可能导致二次电阻长时间过热烧毁。运行经验表明,二次电阻发热烧毁的案例很多,且对类故障无限流效果,这是二次消谐的重要缺陷。

3.4 PT高压侧中性点侧串接碳化硅电阻,增加谐振回路阻尼。

碳化硅电阻是一种类似于氧化锌避雷器的压敏电阻,具有非线性伏安特性:正常运

行条件下呈现为高阻(约百kΩ)特性;当铁磁谐振或电荷转移引起零序电流增加时,其阻值快速下降(几十kΩ)。上述电阻特性存在两个缺点:一是正常运行时阻值过大可能导致PT三相电压不平衡;二是PT过励磁时,阻值太小,消谐和限流功能下降,不利于抑制PT故障发生。

4 电压监控及PT保护成套装置

电压监控及PT保护成套装置(VMHE)基于Ⅰ类故障(铁磁谐振)和Ⅱ类故障((弧光接地过电压)的理论分析,应用MATLABPSCAD对中压配电网的不接地和谐振接地运行方式进行各项仿真,并突破性的采用了新型自适应消谐器,同时配置微机二次消谐装置作为后备保护,实现全局性消谐。提供全面的母线电压监测和故障录波功能,极大地方便了用户对于供电系统的管理和控制。

本公司生产的防爆型大容量低残压过电压保护器,保护残压比普通避雷器低30%以上,对弱绝缘如电机类设备及固体绝缘设备的过电压保护有着极为重要的作用。

4.1 一次原理

 

3 一次原理图

标注释义:GN隔离开关、FU高压熔断器、PT电压互感器、AER新型自适应消谐器、OVP防爆型大容量低残压过电压保护器、VS带电传感器、VMHE-C录波型电压智能监控器、THE微机二次消谐装置。

4.2 基本原理

正常运行时,录波型电压智能监控器实时不间断的监测PT提供的电压信号,一旦发生PT断线、过压、欠压、低电压、谐振、弧光接地等现象,监控器利用DSP高速、重复的数据处理能力实现傅立叶分析,通过对电压互感器PT的二次电压进行采集、判断,及时准确地对系统各种状态进行分析,判断出系统的故障情况,液晶屏显示故障类别,并对故障进行录波和存储,同时输出相应的开关量接点信号,用于报警。装置具有RS485RS232接口,配有标准的Modbus通讯规约,与用户微机监控系统实现数据远距离通讯和数据传送。

 

4.3 消谐原理

AER新型自适应消谐器串联安装在PT中性点与地之间,正常运行状态下电阻约为 kΩ级,而 PT一次绕组的阻抗为MΩ级,因此不会对 PT 的各项性能产生影响;当

发生谐振或电荷转移时,AER新型自适应消谐器因过流发热而温度升高,电阻快速增长,发挥良好的阻尼和限流作用。当谐振消失后,电阻随着温度下降,自动恢复至低阻值状态,使得PT自动恢复至正常运行状态。

AER新型自适应消谐器具有优异的“自适应”特性,即谐振能量越大,消谐时间越短;冲击涌流越大,限流作用越强。

THE微机二次消谐装置实时采集电压互感器PT的二次电压,当系统发生谐振故障时,首先鉴别高频、基频和分频谐振,准确判断系统存在谐振过电压后, 消谐装置就启动消谐程序, 发出高频脉冲群, 使在开口三角形绕组两端的晶闸管交替过零触发导通,使PT 饱和过电压迅速消除,达到消除谐振的目的。该装置作为自适应消谐器的后备消谐措施,同时该消谐装置具有可视化的人机界面和故障记录功能。

4.4 核心技术

4.4.1录波型电压智能监控器

  1. 本装置集电压监测、谐波监测、故障录波等功能一体化,可取代常规的PT柜监测仪表及保护装置;

  2. 通过采集电压信号,实时显示系统的三相相电压和线电压;

  3. 实时对系统的谐波含量进行监测;

  4. 可准确对PT断线、过压、欠压、低电压、谐振、弧光接地等进行判断和分析;

  5. 运行故障追忆功能齐全,显示最近20次历史故障记录;

4.4.2微机二次消谐装置

  1. 对高频、基频和分频谐振进行判断,并显示谐振类型;

  2. 提供可视化人机界面,界面友好易阅读;

  3. 采用大容量双向可控硅交替过零导通手段,实现PT快速二次消谐;

4.4.3新型自适应消谐器

  1. 结构简单、体积小巧,安装方便,运行可靠;

  2. 正常运行条件下,消谐器呈现低阻,不改变电压互感器的运行工况,对互感器的测量精度不会产生影响。发生PT铁磁谐振时,消谐器因快速呈现高阻而实现快速消谐;

  3. 能够限制电压互感器一次绕组的激磁电流突增,防止因电压互感器一次绕组电流增加,熔断器熔断后因能量不足不能灭弧引发的母线短路事故

  4. 新型自适应消谐器能够实现连续快速消谐基波谐振的消谐时间约为 1.56s,分频谐振的消谐时间约为 2.1s左右,谐振过电压幅值越大,消谐时间越短对于电气设备绝缘极为有利

  5. 3.5倍工频过电作用下,消谐器能够将PT激磁电流限制在100mA以下不会导致因PT一次熔断器熔断后不能熄弧引发的母线短路事故

  6. 针对谐波含量较大或经常发生接地故障的系统,用户可以选配新型自适应自监测消谐器,该消谐器在完成上述功能情况下,额外增加了自检功能,可实时对消谐器的动作情况进行监测和告警;

  7. 新型自适应消谐器为我司专利产品;

4.4.4防爆型大容量低残压过电压保护器

  1. 陡坡响应特性好,无截波,对保护设备无不良影响;

  2. 响应速度快,无放电时延,响应速度为纳秒量级

  3. 耐污秽,并可广泛应用于高海拔地区

  4. 该产品具有防爆功能

  5. 10kV2ms方波电流可达2000A35kV2ms方波电流可达1500A

  6. 具有良好的低残压特性,保护残压比普通避雷器低30%以上,更可有效的保护设备的绝缘。

4.4.5高饱和点电压互感器

  1. 选用励磁特性饱和点较高的互感器,铁心不易饱和,很难激发起谐振;

  2. 采用优质硅钢片,降低工作磁密,有效遏制最大过电压下互感器不饱和;

4.5 型号命名

型号命名规则:VMHE-电压等级-方波电流/2ms-隔离方式-选配;

隔离方式分:固定式隔离开关IS,隔离手车IH

方波电流:600800100015002000A

选配:如需要新型自适应自监测消谐器,代号为SC

例:VMHE-12kV-1000A/2ms-IS,即表示2ms方波电流要求是1000A,其他标配,自适应消谐器不带自检功能。

4.6 技术参数

序号

技术特性

单位

额定参数

1

额定电压(Ur)

kV

6/10/20/35

2

方波电流(2ms)

A

600/800/1000/1500/2000

3

额定绝缘水平

额定短时工频耐受电压(Ud)1min

kV

30/42/65/95

额定雷电冲击耐受电压(Up)

kV

60/75/125/185

4

额定频率(fr)

Hz

50

5

通讯接口

/

RS485

6

通讯规约

/

MODBUS

 

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产品名称:
VMHE电压监控及PT保护成套装置
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技术支持:金思绪

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