浅析一次因谐振引起的跳闸事故.doc

浅析一次因谐振引起的跳闸事故摘 要：本文从简述了我市一110KV变电站因发生铁磁谐振引起开关跳闸，致使全站站用电全失。并针对本次事故的发生原因和事故过程作了简单分析，并提出了关于消除电力系统谐振的几点措施。关键词：事故跳闸 铁磁谐振 防范措施情况简介：2008.9.28日4：17 110KV合兴变报10KV母线接地，4：57 12401站用变保护过流一段保护动作跳开1240开关致交流I段母线失压，在08：47 时137悦来乙线保护过流I段动作，跳开137开关后重合成功，08：49 1522接地变保护过流二段动作，跳开152开关致站用变全站失电，后经查找发现接地点在137悦来乙线出线上（后于09：23拉开137出线开关），最后在10：11合上1240开关恢复站用电，10：22分合上152开关，137于12：01恢复送电。站内基本情况：12401站用变挂接在东莱变电站供电的124书院线上，152 2站用变接于合兴变10KVII段母线上，1240#1站用变为江苏华鹏变压器厂的DKSC-400(100)/10.5型干式变压器，采用一次侧中性点直接接地方式。152#2接地变也是同样型号的干式变压器，一次侧中性点经消弧线圈接地，之间以1520刀闸隔离。母线压变为大连金业电力设备有限公司生产的型号为UNE10-SV的压变，为电磁型电压互感器。1240定值：I段 3A 0s II段 1A 0.5s;152定值：I段 3A 0s II段1A 0.5S CT变比均为200/5。出线CT变比600/5。第一：初步分析观察事件记录发现12401站用变保护多次启动或动作，在第一次过流动作开关跳开且后又有多次过流II段动作，152保护也有类似情况。我们在现场对保护装置中录波进行分析。录波图如下：1）图一 图二图三图四2）从后台机的报文（多次报10KV母线接地动作和母线接地返回）和调出的录波波形可以看出实际上是137的B相间歇性单相接地（最后张图四：B相电压很小，AC相电压升为线压）。从图二可以看到137的BC两相短路，峰值电流最大有40A且方向相反，可知发生第二点接地发展为相间短路（原仅B相电流较大，后BC相电流也变大）。从其他152保护的录波来看，由于站用变的CT变比较小 (200/5)电流波形均为尖顶波，CT发生严重饱和，导致保护不能迅速动作。而三相电压的幅值很大最高达184V(有效值184/1.4约130V)，波形为平顶波。而且波形中直流分量，谐波含量很大，二 三 五次谐波含量较大。3）经现场运行人员现场勘察，发现消弧线圈的1520刀闸未合，导致消弧线圈未投入工作。结论：综合以上现象，分析是系统发生了单相接地引起的铁磁谐振。第二：结合理论分析：一、铁磁谐振的基本模型在简单的R、C 和铁铁芯电感L电路中，如图1 所示，假设在正常运行条件下，其初始状态是感抗大于容抗，即L (1/C)，此时不具备线性谐振条件，回路保持稳定状态。但当电源电压有所升高时，或电感线圈中出现涌流时，就有可能使铁芯饱和，其感抗值减小，当L (1/C)时，即满足了串联谐振条件，在电感和电容两端便形成过电压，回路电流的相位和幅值会突变，发生磁谐振现象，串联铁磁谐振电路特性曲线图如图2，图1 串联铁磁谐振电路 图2 串联铁磁谐振电路特性曲线图中电压电流均指工频下的有效值。其中直线1 是电容的伏安特性UcI(1/C)，曲线2 是电感非线性伏安特性UL（I），曲线3 式电感和电容串联支路的伏安特性，其纵坐标U| ULUc|，d点是谐振点，在该点L (1/C)。Id 的左侧L (1/C)，串联支路处于感性工作状态；Id 的右侧L (1/C)，串联支路处于容性工作状态。当电源电压由零开始均匀升高，电路的工作点沿曲线3的0-a段上升；但当电源电压超过Id 对应的Ud 之后，工作点显然不能是a-d 段，因为a-d 段意味着要求的电源电压下降，且该段上的点不满足稳定工作条件，不能成为实际的工作点，而是经过某一过度过程，从工作点a一跃而跳到工作点b，b 点和a 点工作状态相比较，其励磁电源电压虽然一样，但电容上的电压Uc 却大了许多，电感上的电压UL也增大了，即此时产生了过电压。产生过电压的原因在于电源电压已超过支路能工作在感性状态的极限值Ud，因而只能工作到b-c 段，即电感饱和以后的容性工作状态，才能达到新的稳定状态，这个过程为铁磁谐振状态，谐振一旦形成，谐振状态可能“自保持”，维持很长时间而不衰减，直到遇到新的干扰改变了其谐振条件谐振才可能消除。二、铁磁谐振的发生条件和主要特点：1、谐振回路中铁心电感为非线性的，电感量随电流增大、铁心饱和而下降；这是铁磁谐振产生的根本性原因。2、铁磁谐振需要一定的激发条件，使电压、电流幅值从正常工作状态转移到谐振状态。如TV突然合闸、单相接地突然消失、外界对系统的干扰或系统操作产生的过电压等。 3、铁磁谐振存在自保持现象。激发因素消失后，铁磁谐振过电压仍然可以继续长期存在；4、铁磁谐振过电压一般不会非常高，过电压幅值主要取决于铁心电感的饱和程度。在实际运行设备中，由于中性点不接地电网中设备绝缘低，线树矛盾以及绝缘子闪烙等单相接地故障相对频繁，一般说来，单相接地故障是铁磁谐振最常见的一种激发方式。三、结合本次事故由前面分析可知，事故中具备了谐振的条件，发生了铁磁谐振，产生了大电流和过电压。导致了此次事故。两个站用变为ZNYn11接线，152站用变的中性点经消弧线圈接地（消弧线圈实际没有工作），1240#1站用变挂接在合兴电站变10KV出线上，1240#1站用变的中性点直接接地。正常运行时站用变负载很小（仅室内空调及部分照明），可以看作对地有个大的电感。合兴变的10KV母线以及出线对地有一定的电容。可以看做一对地电容C，当合兴10KV系统发生单相接地，系统单相接地有两个过渡过程，一是接地时；二是接地消失时。接地时，当系统某相接地时，该相直接与地接通，另两相的对地电容C也有良好的金属通道。因此在接地时的三相对地电容的充放电过程的通道，不会走站用变的绕组，就是说发生接地时1240#1站用变不会产生涌流，因为已有某相固定在地电位，也就不会发生铁磁谐振。但是当接地消失时，情况就不同了。在接地消失的过程中，固定的地电位已消失，三相对地的金属通道已无其他路可走，只有走1240#1站用变的中性点（母线压变一次侧不直接接地，中性点经一避雷器接地），即此时三相对地电容（零序电容）3C0中存储的电荷，对1240站用变高压绕组电感L/3放电，相当一个直流源作用在带有铁芯的电感线圈上，铁芯会深度饱和。对于接地相来说，更是相当一个空载变压器突然合闸，叠加出更大的暂态涌流，其感抗值减小,当满足L1/C时，即具备谐振条件,在电感和电容两端便形成过电压，回路电流的相位和幅值会突变，发生磁谐振现象。由于一次电流增大导致了多台保护启动。更是导致了1240，152开关跳闸，导致了全站站用电全失。 1240#1站用变开关跳开后，从一次系统看1240#1站用变与合兴变的10KV母线是相互独立的，但1240也出现了过流过压现象。我推测是由于同杆架设的线路对124线间耦合电压较大。此耦合电压也作为谐振的电源之一，通过1240的开关对合兴变10KV母线产生影响。从事件报文看，当124开关跳开后，保护也多次启动，动作，原因是124断路器的断口电容的存在，产生了谐振。152保护多次动作情况类似。 此次谐振持续时间较长，由于电压很大（一次约180/1.414*10000/10012.7KV）,有可能发生闪烙，严重时可能损坏设备。第三：防止铁磁谐振的几点建议1、加快故障处理时间,尽快破坏发生谐振的条件。2、破坏谐振条件，增大电容，多投电容器。当无接地变皆消弧变的变电站要常投电容器。研究发现增大各相对地电容C0，使XcoXm001 时，回路参数超出谐振的范围，可防止谐振。3、即时加装消弧