消弧消谐装置与接地变

接地变的作用 接地变压器简称接地变 根据填充介质 接地变可分为油式和干式 根据相数 接地变可 分为三相接地变和单相接地变 三相接地变 接地变压器的作用是在系统为 型接线或 Y 型接线 中性点无法引出时 引引 出中性点用于加接出中性点用于加接消弧消弧线圈或电阻线圈或电阻 此类变压器采用 Z 型接线 或称曲折型接线 与普通变 压器的区别是 每相线圈分成两组分别反向绕在该相磁柱上 这样连接的好处是零序磁通可沿 磁柱流通 而普通变压器的零序磁通是沿着漏磁磁路流通 所以 Z 型接地变压器的零序阻抗很 小 10 左右 而普通变压器要大得多 按规程规定 用普通变压器带消弧线圈时 其容量 不得超过变压器容量的 20 Z 型变压器则可带 90 100 容量的消弧线圈 接地变除可带消 弧圈外 也可带二次负载 可代替所用变 从而节省投资费用 单相接地变 单相接地变主要用于有中性点的发电机 变压器的中性点接地电阻柜 以降降 低电阻柜的造价和体积低电阻柜的造价和体积 扩展阅读 我国电力系统中 的 6kV 10kV 35kV 电网中一般都采用中性点不接地的运行 方式 电网中主变压器配电电压侧一般为三角形接法 没有可供接地电阻的中性点 当中性点 不接地系统发生单相接地故障时 线电压三角形仍然保持对称 对用户继续工作影响不大 并 且电容电流比较小 小于 10A 时 一些瞬时性接地故障能够自行消失 这对提高供电可靠性 减少停电事故是非常有效的 但是随着电力事业日益的壮大和发展 这中简单的方式已不在满足现在的需求 现在城市 电网中电缆电路的增多 电容电流越来越大 超过 10A 此时接地电弧不能可靠熄灭 就会 产生以下后果 1 单相接地电弧发生间歇性的熄灭与重燃 会产生弧光接地过电压 其幅值可达 4U U 为正常相电压峰值 或者更高 持续时间长 会对电气设备的绝缘造成极大的危害 在绝缘薄 弱处形成击穿 造成重大损失 2 由于持续电弧造成空气的离解 破坏了周围空气的绝缘 容易发生相间短路 3 产生铁磁谐振过电压产生铁磁谐振过电压 容易烧坏电压互感器并引起避雷器的损坏甚至可能使避雷器爆容易烧坏电压互感器并引起避雷器的损坏甚至可能使避雷器爆 炸 炸 这些后果将严重威胁电网设备的绝缘 危及电网的安全运行 为了防止上述事故的发生 为系统提供足够的零序电流和零序电压 使接地保护可靠动作 为了防止上述事故的发生 为系统提供足够的零序电流和零序电压 使接地保护可靠动作 需人为建立一个中性点 以便在中性点接入接地电阻需人为建立一个中性点 以便在中性点接入接地电阻 接地变压器 简称接地变 就在这样的 情况下产生了 接地变就是人为制造了一个中性点接地电阻 它的接地电阻一般很小 一般要接地变就是人为制造了一个中性点接地电阻 它的接地电阻一般很小 一般要 求小于求小于 5 5 欧 欧 另外接地变有电磁特性 对正序负序电流呈高阻抗 绕组中只流过很小的励磁 电流 由于每个铁心柱上两段绕组绕向相反 同心柱上两绕组流过相等的零序电流呈现低阻抗 零序电流在绕组上的压降很小 即当系统发生接地故障时 在绕组中将流过正序 负序和零序 电流 该绕组对正序和负序电流呈现高阻抗 而对零序电流来说 由于在同一相的两绕组反极 性串联 其感应电动势大小相等 方向相反 正好相互抵消 因此呈低阻抗 由于很多接地变 只提供中性点接地小电阻 而不需带负载 所以很多接地变就是属于无二次的 接地变在电网 正常运行时 接地变相当于空载状态 但是 当电网发生故障时 只在短时间内通过故障电流 中性点经小电阻接地电网发生单相接地故障时 高灵敏度的零序保护判断并短时切除故障线路 接地变只在接地故障至故障线路零序保护动作切除故障线路这段时间内起作用 中性点接地电 阻和接地变才会通过零序电流 根据上述分析 接地变的运行特点是 长时空载 短时过载 长时空载 短时过载 接地变是人为的制造一个中性点 用来连接接地电阻 当系统发生接地故障时 接地变是人为的制造一个中性点 用来连接接地电阻 当系统发生接地故障时 对正序负对正序负 序电流呈高阻抗 对零序电流呈低阻抗性序电流呈高阻抗 对零序电流呈低阻抗性使接地保护可靠动作 使接地保护可靠动作 接地变专为消弧线圈所设 一般消弧线圈装设装设在小电流接地系统的变压器三角形侧 用来补偿电网单相接地时的接地电容电流 但变压器的三角形侧没有中性点 接地变就是为安装 消弧线圈提供人为中性点的 我国电力系统中 的 6kV 10kV 35kV35kV 电网中一般都采用中性点不接地的运行方式 电网中主变压器配电电压侧一般为三角形接法 没有可供接地电阻的中性点 当中性点不接地系 统发生单相接地故障时 线电压三角形仍然保持对称 对用户继续工作影响不大 并且电容电流 比较小 小于 10A 时 一些瞬时性接地故障能够自行消失 这对提高供电可靠性 减少停电事 故是非常有效的 由于该运行方式简单 投资少 所以在我国电网初期阶段一直采用这种运行方 式 并起到了很好的作用 但是随着电力事业日益的壮大和发展 这中简单的方式已不在满足现 在的需求 现在城市电网中电缆电路的增多 电容电流越来越大 超过 10A 此时接地电弧不 能可靠熄灭 就会产生以下后果 1 单相接地电弧发生间歇性的熄灭与重燃 会产生弧光接地过电压 其幅值可达 4U U 为正 常相电压峰值 或者更高 持续时间长 会对电气设备的绝缘造成极大的危害 在绝缘薄弱处形 成击穿 造成重大损失 2 由于持续电弧造成空气的离解 拨坏了周围空气的绝缘 容易发生相间短路 3 产生铁磁谐振过电压 容易烧坏电压互感器并引起避雷器的损坏甚至可能使避雷器爆炸 这些后果将严重威胁电网设备的绝缘 危及电网的安全运行 为了防止上述事故的发生 为 系统提供足够的零序电流和零序电压 使接地保护可靠动作 需人为建立一个中性点 以便在中 性点接入接地电阻 为了解决这样的办法 接地变压器 简称接地变 就在这样的情况下产生了 接地变就是人为制造了一个中性点接地电阻 它的接地电阻一般很小 一般要求小于 5 欧 另外接地变有电磁特性 对正序负序电流呈高阻抗 绕组中只流过很小的励磁电流 由于每 个铁心柱上两段绕组绕向相反 同心柱上两绕组流过相等的零序电流呈现低阻抗 零序电流在绕 组上的压降很小 也既当系统发生接地故障时 在绕组中将流过正序 负序和零序电流 该绕组 对正序和负序电流呈现高阻抗 而对零序电流来说 由于在同一相的两绕组反极性串联 其感应 电动势大小相等 方向相反 正好相互抵消 因此呈低阻抗 接地变的工作状态 由于很多接地变只提供中性点接地小电阻 而不需带负载 所以很多接 地变就是属于无二次的 接地变在电网正常运行时 接地变相当于空载状态 但是 当电网发生 故障时 只在短时间内通过故障电流 中性点经小电阻接地电网发生单相接地故障时 高灵敏度 的零序保护判断并短时切除故障线路线路 接地变只在接地故障至故障线路线路零序保护动作切除故障线线 路路这段时间内起作用 其中性点接地电阻和接地变才会通过 IR U 为系统相电压 R1 为中性 点接地电阻 R2 为接地故障贿赂附加电阻 的零序电路 根据上述分析 接地变的运行特点是 长是空载 短时过载 接地变压器的作用是在系统为 型接线或 Y 型接线中性点无法引出时 引出中性点用于 加接消弧线圈 该变压器采用 Z 型接线 或称曲折型接线 与普通变压器的区别是每相线圈分 别绕在两个磁柱上 这样连接的好处是零序磁通可沿磁柱流通 而普通变压器的零序磁通是沿着 漏磁磁路流通 所以 Z 型接地变压器的零序阻抗很小 10 左右 而普通变压器要大得多 因此规程规定 用普通变压器带消弧线圈时 其容量不得超过变压器容量的 20 而 Z 型变压器 则可带 90 100 容量的消弧线圈 接地变除可带消弧圈外 也可带二次负载 可代替所用变 从而节省投资费用 消弧消谐选线及过电压保护综合装置适用于 3 35 中压电力系统 该产品广泛适用于 3 35KV 中性点不接地 中性点经消弧线圈接地或中性点经高阻接地的电力系统 能对上述系统中的各类过电压加以限制 有效地提高了上 述系统的运行安全性及供电可靠性 一 现行消弧技术概述现行消弧技术概述 长期以来 我国 3 35KV 含 66KV 的电网大多采用中性点不接地的运行方式 此类电网在发生单相接地时 非故障相的对地电压将升高到线电压 UL 但系统的线电压保持不变 所以我国国家标准规定 3 35KV 66KV 的 电网在发生单相接地故障后允许短时间带故障运行 因而这类电网的各类电气设备 如变压器 电压 电流互感器 断路器 线路等一次设备的对地绝缘水平 都应满足长期承受线电压而不损坏的要求 传统观念认为 3 35KV 含 66KV 电网属于中低压的变压配电网 此类电网中的内部过电压的绝对值不高 所以危及电网绝缘安全水平的主要因素不是内部过电压 而是大气过电压 即雷电过电压 因而长期以来采取的 过电压保护措施仅是以防止大气过电压对设备的侵害 主要技术措施仅限于装设各类避雷器 避雷器的放电电压为 相电压的 4 倍以上 按躲过内部过电压设计 因而仅对保护雷电侵害有效 对于内部过电压不起任何保护作用 然而 运行经验证明 当这类电网发展到一定规模时 内部过电压 特别是电网发生单相间歇性弧光接地时 产生的弧光接地过电压及特殊条件下产生的铁磁谐振过电压已成为这类电网设备安全运行的一大威胁 其中以单相 弧光接地过电压最为严重 随着我国对城市及农村电网的大规模技术改造 城市 农村的配电网必定向电缆化发展 系统对地电容电 流在逐渐增大 弧光接地过电压问题也日夜严重起来 为了解决上述问题 不少电网采用了谐振接地方式 即在电 网中性点装设消弧线圈 当系统发生单相弧光接地时 利用消弧线圈产生的感性电流对故障点电容电流进行补偿 使流经故障点残流减小 从而达到自然熄弧 运行经验表明 虽然消弧线圈对抑制间歇性弧光接地过电压有一定作 用 但在使用中也发现消弧线圈存在的一些问题 1 由于电网运行方式的多样化及弧光接地点的随机性 消弧线圈要对电容电流进行有效补偿确有难度 且 消弧线圈仅仅补偿了工频电容电流 而实际通过接地点的电流不仅有工频电容电流 而且包含大量的高频电流及阻 性电流 严重时仅高频电流及阻性电流就可以维持电弧的持续燃烧 2 当电网发生断线 非全相 同杆线路的电容耦合等非接地故障 使电网的不对称电压升高 可能导致消 弧线圈的自动调节控制器误判电网发生接地而动作 这时将会在电网中产生很高的中性点位移电压 造成系统中一 相或两相电压升高很多 以致损坏电网中的其它设备 3 消弧线圈体积大 组件多 成本高 安装所占场地较大 运行维护复杂 4 随着电网的扩大 消弧线圈也要随之更换 不利于电网的远景规划 目前国外对 3 35KV 电网采取中性点直接接地的方式 国内也有少数地区采取了经小电阻接地的方式 虽然 抑制了弧光接地过电压 克服了消弧线圈存在的问题 但却牺牲了对用户供电的可靠性 这种系统发生单相接地时 人为增加短路电流使断路器动作 不论负荷性质及重要性 一律切除故障线路而且也不能分辨出金属性或弧光接地 使并不存在弧光接地过电压危害的金属性接地故障线路也被切除 扩大了停电范围和时间 由于加大了故障电流 对于弧光接地则加剧了故障点的烧损 消弧消谐过电压保护装置 消弧消谐柜 的缺陷消弧消谐过电压保护装置 消弧消谐柜 的缺陷 1 只能用于线路消弧 只能用于电容电流 30A 的系统线路消弧 工频过电压小于线电压的 1 1 倍 暂态过电压是相电压的 3 5 倍 电容电流 30A 不能使用故障相接地消弧方法 2 不能用于电容电流 30A 的系统 电容电流 30A 的系统 X0 X1 会落在 20 1 之间 单相金属性接地 健全相工频电压也会很高 系统无 法承受 3 直配高压电机的变电所不能使用 一旦电机绕组发生单相接地 消弧装置动作短接一部分电源 短路电流可达几千安乃至几十千安 烧坏电机定 子槽烧坏电机 4 小容量变压器的变电所不能使用 如果变压器绕组发生单相接地 故障相接地消弧方法动作后等于短接一部分电源 短路电流可达几千安乃至几 十千安 烧坏变压器绝缘造成事故 本来油变压器拉弧可自愈不会造成事故 烧坏电机绝缘和定子槽造成电机 报废 特别是小容量的 10KV 0 38 的变压器 只有后备瓦斯保护 一旦绕组发生单相接地 消弧动作短接一 部分电源 微机保护又不会动作 只有瓦斯保护动作时间很长会造成很大的事故 因此故障相接地消弧方法只 能用于线路消弧 但是线路总是与与变压器或电机相连接 5 退出消弧时可能引发 PT 铁磁谐振 退出消弧时刻系统对地电容储存的电荷只能通过 PT 泄放 可能引发 PT 谐振 6 100ms 以上时间才能实现消弧 数据采集要 10ms 以上 判断运算及中间继电器响应时间 20ms 以上 接 触器动作合闸时间 80ms 以上 因此 100ms 以上时间才能实施消弧 而不是其说明书上的 30ms 30ms 是给 接触器合闸信号的时间 7 影响系统运行方式 故障相接地消弧方法消弧时是一种病态运行状态 8 主要是消弧功能 其过电压保护是避雷器 仅对工频过电压保护起到很好的作用 但是对于弧光接地产生 的高次谐波过电压却不能正常反应 消谐是在 PT 开口加装小电阻 阳西风电场消弧消谐装置采用的数码消弧及 PT 柜 以下简称 DXH 是安徽徽电公司生产的新型消弧产 品 该产品在系统发生弧光接地时 将弧光接地转化为金属性接地 彻底消除了弧光接地过电压 考虑到柜 内具有电压互感器 因而该 DXH 还可作为 PT 柜 根据用户需要可增加了消谐 PT 切换等 PT 柜的功能 另外 还可配备内置选线 上述功能使得 DXH 具备了消弧 消谐 PT 切换及选线的作用 由于一机多能 节约了现 场宝贵的空间 产品特点 正常运行时微机控制器不断检测 PT 提供的电压信号 一旦系统发生 PT 断线 单相金属接地或单相弧光 接地时 PT 辅助绕组 开口三角 的电压立即由低电平转为高电平 微机控制器启动中断 并根据 PT 二次电 压的变化 判断故障类型和相别 如果是 PT 单相断线故障 则装置输出开关量接点信号 如果是单相金属性接地故障 则装置输出开关 量接点信号 也可根据用户要求由微机控制器向真空接触器发出动作命令 如果是单相弧光接地故障 则微机 控制器向真空接触器发出动作命令 真空接触器快速动作将不稳定的弧光接地转化为稳定的金属性接地 在上 述故障发生时 装置输出开关量接点信号 同时可通过 RS485 接口与微机监控系统实现数据远传 对于中性点不直接接地系统加装 DXH 后 1 在发生弧光接地时 装置内故障相的真空接触器可在 30ms 内合闸 将弧光接地转化为金属 性接地 不仅使故障点的电弧立即熄灭 同时也彻底消除了弧光接地过电压 2 本装置的保护功能不受电网大小和运行方式的影响 3 装置结构简单 安装方便 适用于供 用电企业的中性点不直接接地电网 4 本装置具有较高的性价比 能取代消弧线圈及其配套设备 电压互感器柜及其保护装置以 及小电流接地选线装置 节约现场的安装空间 5 配有小电流选线的 DXH 能够迅速准确查找出单相接地故障线路 对防止事故的进一步扩 大 减轻运行维护人员的工作量有重要意义 6 保护功能全 装置具有消弧 消谐 PT 切换 及内部与外部各类过电压保护功能 还可加 配内置小电流选线 1 微机控制器 微机控制器根据电压互感器提供的信号 判断故障类别 PT 断线 金属接地 弧光接地 和相别 向控 制室或上位机发出故障信号 当发生弧光接地时 在 20ms 之后向故障相真空接触器发出动作命令 2 高压隔离开关 用来控制装置的投运和退出 在装置需要检修或调试时 与系统隔离并形成明显的断开点 3 高压限流熔断器 FU 在出现两相短路 由于装置内部故障或人员误接线等原因导致通过本装置两相接地短路时 可在 1 2ms 之内快速实现截流 并将装置退出 避免造成两相短路的后果 4 电压互感器 PT 为系统中的保护及计量设备提供电压信号 为装置提供被保护系统的二次电压和辅助二次电压信号 若 选用了我公司的专用 PT 还可最大可能地避免铁磁谐振 5 交流快速真空接触器 在接到微机控制器的动作命令后的 10ms 之内故障相完成合闸动作 使弧光接地故障快速转化为金属性 接地 6 三相组合式过电压保护器 TBP 将相对地和相与相之间的各种过电压限制在设备绝缘允许的较低的水平 7 零序 CT 和接地电流表 在装置动作时 通过接地电流表可较准确地读出系统的接地电容电流 我国 10KV 的三相供电系统是不接地的 为了防止发生单相接地故障时间歇电容电流引起电弧在线路中 引起振荡 造成事故的扩大 就采用接地变压器给系统造一个人为的中性点 接地变压器一般采用 Z 接法 接地变压器的中性点连接消弧线圈 消弧线圈接地 发生单相接地时 利用消弧线圈的感性电流抵消线路的电 容电流 这样系统就可以带故障运行 2 小时 以便查找并消除故障 所以接地变压器与消弧接地变压器与消弧线圈是两个不同的设备 消弧线圈实际上就是一个大电感 它一端接在接地变压器的 后面 一端接地 两者配合使用 消弧线圈两端并联中电阻 通过对并联电阻的短时投入 来提高单相接地故障的正确选线率 当系统发生单 相接地故障后 由于消弧线圈的补偿使单相接地故障受到限制 在稳定接地后由计算机控制装置短时投入并联 中值电阻进行选线 在并联电阻投入的时间内 几个周波即可 零序电流信号差异相当显著 特别是故障线 路的零序电流将会明显的增大 选线装置可以正确的选出故障路线 消弧消谐过电压保护装置 消弧消谐柜 的缺陷消弧消谐过电压保护装置 消弧消谐柜 的缺陷 1 只能用于线路消弧 只能用于电容电流 30a 的系统线路消弧 工频过电压小于线电压的 1 1 倍 暂态过电压是相电压的 3 5 倍 电容电流 30a 不 能使用故障相接地消弧方法 2 不能用于电容电流 30a 的系统 电容电流 30a 的系统 x0 x1 会落在 20 1 之间 单相金属性接地 健全相工频电压也会很高 系统无法承受 6 100ms 以上时间才能实现消弧 数据采集要 10ms 以上 判断运算及中间继电器响应时间 20ms 以上 接触器动作合闸时 间 80ms 以上 因此 100ms 以上时间才能实施消弧 而不是其说明书上的 30ms 30ms 是给接触器合闸信号的时间 7 影响系统运行方式 故障相接地消弧方法消弧时是一种病态运行状态 8 主要是消弧功能 其过电压保护是避雷器 消谐是在 pt 开口加装小电阻 消谐装置可以 1 不受系统运行方式改变的影响 系统发生弧光接地时 装置在 30 40ms 动作 故障相对地电压被限制在故障点绝缘强度 以下 故障点不再击穿电弧立刻熄灭 故障点电容电流转移到装置流回系统 故障点电容电流为零 2 系统进入稳定状态 可有效限制弧光接地过电压 可长时间运行以方便用户转移负荷后再处理故障线路 3 健全相对地电压小于线电压 有利于长时间运行 4 退出消弧阻抗的同时投入泄放阻抗 防止了为判断是否是瞬间故障或排除故障后 退出消弧阻抗时产生的过电压和铁磁谐振 5 区分单相接地和系统谐振 两种消谐方式保障系统安全运行 其一 装置在弧光接地投入阻抗使 l 1 c 系统不会发 生弧光接地谐振 其二 非接地故障引起的系统谐振 在电压互感器 pt 的开口三角投入小电阻实施消谐 6 组合式过电压保护器 ubv 限制相与相 相与地之间过电压在 3 5 倍以内 特别能将大幅值雷击电流的过电压限制在 3 5 倍以内 7 输电线路和 pt 一 二次断线的判断 8 备有以太网微机通讯接口 进行数据通讯 9 可以增加选线装置 迅速查找故障线路 10 可以区分内 外部单相接地 对于外部单相接地 装置不动作 至于接地电容电流较大 可以利用接地变人为提供 一个接地点 35kv 电力系统一般都采用中性点不接地的运行方式 电网中主变压器配电电压侧一般为三角形接法 没有可供接地电阻 的中性点 当中性点不接地系统发生单相接地故障时 线电压三角形仍然保持对称 对用户继续工作影响不大 并且电容电流比 较小 小于 10a 时 一些瞬时性接地故障能够自行消失 这对提高供电可靠性 减少停电事故是非常有效的 由于该运行方 式 简单 投资少 所以在我国电网初期阶段一直采用这种运行方式 并起到了很好的作用 但是随着电力事业日益的壮大和发 展 这中简单的方式已不在满足现在的需求 现在城市电网中电缆电路的增多 电容电流越来越大 超过 10a 此时接地电弧 不能可靠熄灭 就会产生以下后果 1 单相接地电弧发生间歇性的熄灭与重燃 会产生弧光接地过电压 其幅值可达 4u u 为正常相电压峰值 或者更高 持续 时间长 会对电气设备的绝缘造成极大的危害 在绝缘薄弱处形成击 穿 造成重大损失 2 由于持续电弧造成空气的离解 拨坏了周围空气的绝缘 容易发生相间短路 3 产生铁磁谐振过电压 容易烧坏电压互感器并引 起避雷器的损坏甚至可能使避雷器爆炸 这些后果将严重威胁电网设 备的绝缘 危及电网的安全运行 为了防止上述事故的发生 为系统提供足够的零序电流和零序电压 使接地保护可靠动作 需人为建立一个中性点 以便在 中性点接入接地电阻 为了解决这样的办法 接地变压器 简称接地变 就在这样的情况下产生了 消弧线圈接地方式的优点 降低故障点的残流 有利于接地电弧的熄灭 避免了长时间燃弧而导致相间弧光短路 消弧线圈接地方式的缺点是 容易产生串联谐振过电压和虚幻接地现象 放大了变压器高压侧到低压侧的传递过电压 使小电流选线装置灵敏度降低甚至无法选线 用电感电流去补偿电容电流时 对于弧光接地时的高频分量部分无法抵消 因而并 不能有效地限制弧光接地过电压 目前国外对 3 35kV 中压电网采取中性点直接接地的方式 国内也有少数 城区电网采取了经小电阻接地的方式 虽然抑制了弧光接地过电压 克服了消弧线 圈存在的问题 但牺牲了对用户供电的可靠性 这种系统发生单相接地时 人为增 加短路电流使断路器跳闸 不论负荷性质及重要性 也不管是金属性接地还是弧光 接地 一律切除故障线路 使并不存在弧光接地过电压危害的金属性接地故障线路 也被切除 扩大了停电范围 由于加大了故