馬鋼四鋼軋吊車變電所3kV段鐵磁諧振的防范措施

湯凜

摘 要:馬鋼第四鋼軋總廠吊車變電所3kV段采用中性點不接地運行方式。在該電網發生某些擾動時,可能會引發電磁式電壓互感器的飽和,激發諧振過電壓,導致電壓互感器高壓保險熔斷,嚴重時會使電壓互感器燒壞。根據該變電所實際情況進行分析,采取了相應的預防措施,限制電磁諧振發生的概率,確保供電系統穩定。

關鍵詞:電壓互感器諧振措施穩定

中圖分類號:TM864 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)07(c)-0093-01

馬鋼第四鋼軋總廠煉鋼吊車變電所3kV段采用單母線分段的運行方式,是中性點不接地系統,主要是給該廠煉鋼區域的加料跨、精煉跨以及接受跨行車滑線供電,電壓互感器采用的是電磁式三相五柱式,型號為JDZX9-3,電壓互感器為三線圈,一次側為星形接法,中性點接地;二次側一繞組也為星形接法,中性點接地;二次側另一繞組接法為開口三角,PT變比為3/√3/0.1/√3/0.1/3,當該變電所3kV母線的一段或二段出現單相接地時,該段母線上的電壓互感器可以將零序電壓的信號反饋給繼電保護裝置,由繼電保護裝置會發出接地的報警信號。該供電系統雖然在發生接地故障時能夠發出報警信號,但是如果系統的對地容抗和互感器飽和時的勵磁電抗達到一定的比例時,就會發生鐵磁諧振,產生的過電壓也會發出故障信號,同時因為該型號電壓互感器的伏安特性較差,發生鐵磁諧振時,電壓互感器的三相電流將達到勵磁電流的數十倍甚至上百倍,此時極易造成電壓互感器線圈過熱燒毀事故。

1 鐵磁諧振

由鐵芯的非線性電感元件和系統的電容元件組成,由于鐵芯的電感原件具有飽和現象,使回路電感參數成為非線性,這種含非線性電感元件在滿足一定的諧振條件下會產生諧振,這種諧振稱為電磁諧振。在中性點不接地系統中,如果不考慮線路的有功損耗與相間電容;僅考慮PT的電感L與線路的對地電容CO當CO大到一定值時,PT不飽和時,XL＞Xc,而當PT上加的電壓大到一定數值時,PT的鐵芯飽和Xl＜Xc,這樣就構成了諧振的條件。諧振的區域與阻抗比XC0/XL有直接關系:1)分頻諧振阻抗比約為0.01～0.08,諧振特點是三相電壓依次輪流升高,超過線電壓,一般不超過2倍相電壓,三相電壓表指針在相同范圍出現低頻擺動。2)基波諧振阻抗比在0.08～0.15,特點是諧振兩相電壓升高,超過線電壓,但一般不超過3倍相電壓,一相電壓降低但不等于零。3)高頻諧振阻抗比約為0.15～0.3。高次諧波諧振時,三相電壓同時升高或其中一相明顯升高,超過線電壓,但不超過3～3.5倍相電壓。當回路中的零序電容改變時,阻抗比也會隨之改變,回路中的諧振狀態也就可能發生轉變。

2 鐵磁諧振原因分析及區域確定

以該變電所其中一次的鐵磁諧振現象為例,2012年3月9日,吊車變電所二段母線饋線負荷停電檢修(加料跨滑線軌道調整),當天由于該段母線B相高壓保險燒壞,檢修人員將PT小車拉出檢修位更換已壞保險,當重新將該PT小車由檢修轉為運行位置時,該段母線的電壓互感器測量的二次電壓為A相27V,B相100V,C相為101V,零序電壓為71V,后排除了3kV二段無接地點的情況,推斷是由于在鐵磁諧振造成以上現象,且是基波諧振。上述例子滿足了鐵磁諧振所需條件,首先是鐵磁式電壓互感器的非線性效應,這是主要原因,其次,電壓互感器的感抗與容抗的參數匹配在一定范圍內,最后,除了上述系統條件外,還需要有外界的激發條件,例如、電壓互感器突然合閘。

為了確定吊車變電所3kV段的主要諧振區域,便于制定預防措施,首先要測量該系統對地電容電流,從而計算出對地電容數值,吊車開關站3kV段TV二次側測量電流為0.5A,則TV的感抗數值為XL=K2×V/I=0.18MΩ,該站饋線電纜長度約為1.5km,3kV電纜的容抗為0.004μF/km,所以Xco=1.5×0.004=0.006MΩ,那么XC0/XL=0.006/0.18=0.033,吊車開關站TV的參數XC0/XL大于0.01小于0.08,說明系統如果發生擾動時(如發生單相接地)該站是可能發生電磁諧振的,且是以分頻諧振為主。

3 鐵磁諧振預防措施

吊車變電所3kV段的諧振區域以分頻諧振為主,分頻諧振導致的過電壓倍數并不是很高,但是此時流過電壓互感器的電流極大,會造成電壓互感器的損傷。此外,分頻諧振造成的過電壓會使過電壓吸收裝置對地有擊穿電流,而分頻諧振一般持續時間較長,過電壓吸收裝置內的電弧如果長時間不能熄滅可能會損壞或爆炸,過電壓吸收裝置爆炸會造成馬鋼四鋼軋廠煉鋼區域電網的瞬時低電壓,部分高壓柜(電機類)可能會因此保護動作跳閘,造成現場停產,事故擴大化,因此為了限制該站的分頻諧振,首先對設備進行了一些改造:

1)選用勵磁特性飽和點較高的電磁式電壓互感器,使電壓互感器在一般的過電壓下還不會進入飽和區,從而不易構成參數匹配而出現諧振。

2)在3kV母線上裝設中性點接地的星形接線電容器組,使諧振阻抗比小于0.01,使其不在諧振區域范圍內,不滿足其諧振條件。

3)電壓互感器繞組中性點經過電阻接地(R=12kΩ)。在高壓繞組中性點安裝電阻器R后,能夠分擔加在電壓互感器兩端的電壓,從而能限制電壓互感器中的電流。

除了上述措施來限制分頻諧振外,通過規范一些操作來避免諧振或減少諧振對設備造成傷害:

1)給母線充電時采用線路及母線一并充電的方式。

2)給母線充電前先切除PT充電后再投入PT,停母線時先切除PT再拉開開關。

3)操作中注意監視母線電壓,如電壓過高則立即改變方式,合上或拉開引起諧振的開關。

4 結語

吊車開關站3kV段是中性點不接地系統,且發生諧振的頻率較高,容易造成因為諧振而產生的一些設備損壞事故,經過測量、計算、分析得知該3kV系統主要是以分頻諧振為主,通過設備上的一些改造和對操作方面的一些修改,極大的限制了該站分頻諧振的發生,減少了諧振對設備造成傷害的幾率,從而確保了四鋼軋總廠供電系統的穩定性和安全性。