配电网PT、熔断器频繁损坏原因及解决措施

2015年11月,.,配电网PT、熔断器频毁损坏原因及解决措施,云南电网电力科学研究院,.,一济川变故障情况简述,二配网防过电压技术要求,三不接地系统铁磁谐振,目录,四目前防谐措施及问题,五解决方案,.,一济川变故障情况简述,2012年至今玉溪局110kV济川变35kVI段母线PT、熔断器共损坏5次，II母线PT、熔断器共损坏2次，10kVI段母线PT、熔断器共损坏2次。,2012年至今济川变PT、熔断器毁坏情况,.,2011年08月5日35kV母PT谐振,.,2012年03月03日35kVI母PT谐振,.,2013年04月30日10kVI母PT谐振,2013年04月30日35kVI母PT谐振,.,二配网防过电压技术要求,过电压与绝缘配合标准DL/T620-1997涉及配网防过电压部分有：,（1）3.1.23kV10kV不直接连接发电机的系统和35kV、66kV系统，当单相接地故障电容电流不超过下列值时，应采用不接地方式；超过下列数值又需在接地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式。,（2）3.1.56kV和10kV配电系统以及发电厂厂用电系统，单相接地故障电容电流较小时，为防止谐振、间歇性电弧接地过电压等对设备的损害，可采用高电阻接地方式。,（3）4.1.5d）3kV66kV不接地系统或消弧线圈接地系统偶然脱离消弧线圈的部分，当连接有中性点接地的电磁式电压互感器的空载母线（其上带或不带空载短线路），因合闸充电或在运行时接地故障消除等原因的激发，使电压互感器过饱和则可能产生铁磁谐振过电压，为限制这类过电压，可采取下列措施：,.,1）选用励磁特性饱和点较高的电磁式电压互感器。,2）减少同一系统中电压互感器中性点接地的数量，除电源侧电压互感器高压绕组中性点接地外，其它电压互感器中性点尽可能不接地。,3）个别情况下，在10kV及以下的母线上装设中性点接地的星形接线电容器组或用一段电缆代替架空线路以减少XC0，使XC00.01Xm。,5）10kV及以下互感器高压绕组中性点经R0.06Xm的电阻接地。,（4）4.1.63kV66kV不接地及消弧线圈接地系统，应采用性能良好的设备并提高运行维护水平，以避免在下述条件下产生铁磁谐振过电压：,1）配电变压器高压绕组对地短路；,2）送电线路一相断线且一端接地或不接地；,.,三不接地系统铁磁谐振,引起PT、熔断器频繁损坏问题-铁磁谐振；铁磁谐振根据容抗和PT励磁阻抗的比值不同，分为分频谐振、基频谐振、高频谐振。,（1）分频谐振,分频谐振表现为三相对地电压同时升高，过电压倍数不高一般不超过两倍，因铁芯深度饱和，频率减半，互感器铁芯中磁密要比额定大1倍，励磁阻抗急剧下降，高压绕组流过极大的过电流，一般达28。导致熔丝熔断或PT烧损。,1）分频谐振仿真分析,.,分频三相对地及零序电压波形,.,分频三相PT及零序电流波形,.,1/3分频三相对地及零序电压波形,.,1/3分频三相PT及零序电流波形,.,1/2分频谐振相电压频谱,1/2分频谐振零序电压频谱,.,1/3分频谐振相电压频谱,1/3分频谐振零序电压频谱,.,1/2分频谐振PT电流频谱,1/3分频谐振PT电流频谱,.,2）分频谐振试验案例：每相对地电容1.16F，一组大北方PT，Xco/Xm为0.00255。谐振激发条件为金属性接地。过电压倍数在2倍左右。,分频三相对地及零序电压波形,.,分频三相PT及零序电流波形,.,相电压频谱图,零序电压频谱图,.,仿真和试验表明：Xco/Xm在0.0016-0.01区间内，易发生分频谐振，谐振频率为电网额定频率的1/2、1/3等。分频谐振特点：1）相电压主要包含分频谐振频率、基频分量，可以看成基频和分频的叠加；2）谐振频率的整数倍分量幅值大；3）零序电压中谐振频率分量占据主导地位；4）过电压倍数低一般2倍相电压左右；5）PT电流较大，为熔断器额定电流的28倍，谐振频率越低PT电流越大。,.,（2）工频谐振,1）工频谐振仿真分析,三相对地电压及零序电压,.,三相PT电流及零序电流,.,A、C相电压频谱,B相电压频谱,.,零序电压频谱,A、C相PT（深度饱和）的电流频谱,.,B相PT（未饱和）的电流频谱,PT零序电流频谱,.,2）工频谐振试验分析,工频谐振案例：每相对地电容0.18F，一组大连北方PT，Xco/Xm为0.0164。谐振激发条件：金属性接地。,三相对地电压及零序电压,.,工频谐振时各相PT电流波形图,.,仿真和试验表明：Xco/Xm在0.01-0.02区间内，易发生工频谐振。工频谐振特点：1）一相电压降低，两相电压升高，对地稳态过电压一般不超过2.5倍相电压；2）保护装置报电网接地，有虚接地现象；3）饱和相PT电流有高频分量，PT电流为熔断器额定电流的13倍；4）零序电压工频分量占据主导地位；,.,110kV漫湾变10kV母线工频谐振波形,.,（3）高频谐振,大北方PT励磁特性相对较好，在仿真和试验中都没有发现高频谐振现象，高频谐振仅做了仿真分析：采用保定迅驰PT（励磁特性较差拐点电压仅80V）。,高频谐振（100Hz）典型波形,.,相电压频谱,零序电压频谱,.,仿真表明：Xco/Xm在大于0.02，易发生高频谐振，随着PT励磁特性的提高及电缆的使用高频谐振在电网中很难出现。高频谐振特点：1）三相电压同时升高；稳态过电压达到34倍相电压；2）PT电流为熔断器额定电流的26倍；3）零序电压高频分量占主导地位；4）过电压倍数高对系统危害大。,.,四目前防谐措施及问题,（1）PT中性点加装一次消谐器,三相电压及消谐器上电压波形-抑制分频谐振,.,抑制分频谐振试验：单相1.16uF电容器，一组大连北方PT，PT中性点安装一次消谐器。抑制工频谐振试验：单相0.18uF电容器，一组大连北方PT，PT中性点安装一次消谐器。,抑制分频谐振试验效果,.,抑制工频谐振试验效果,.,（2）消弧线圈,对地电容0.18F时对工频谐振的抑制效果,对地电容1.16F时对分频谐振的抑制效果,.,单相1.16uF电容器，一组大连北方PT，PT中性点直接接地，试验系统经消弧线圈接地。,分频谐振的抑制效果,.,单相0.18uF电容器，一组大连北方PT，PT中性点直接接地，试验系统经消弧线圈接地。,工频谐振的抑制效果,.,（3）二次消谐器,0.18F对地电容时对工频谐振的抑制效果,1.16F对地电容时对分频谐振的抑制效果,.,二次消谐器消谐效果-分频谐振消除,二次消谐器消谐效果-工频谐振消除,.,消谐方式有效性仿真和试验表明：仅考虑消谐效果：一次消谐器：抑制铁磁谐振起到非常良好的作用；消弧线圈：与系统容抗相匹配，能起到很好的抑制作用；匹配不当可能引发过电压及线性谐振；二次消谐器：因需检测铁磁谐振的时间，抑制铁磁谐振有滞后性，短接二次绕组可能导致熔断器熔断。,一次消谐器,消弧线圈,二次消谐器,.,不同消谐措施的问题：,一次消谐器：（1）中性点电压在1kV以上时，消谐器电阻稳定在70k附近，抬高了PT尾端电压，导致PT尾端击穿造成谐振；（2）消谐器阻断了零序通道，使电磁能量的转移通过变压器；（3）暂时过电压比无消谐器时的高。消弧线圈：（1）投资大、占地空间大；（2）匹配不当将导致线性谐振及过电压的产生。二次消谐器：（1）抑制谐振有滞后性；（2）短接二次绕组导致一次侧电流增大；（3）如不能很好区分单相接地等与谐振的区别可能导致PT烧毁。,.,五解决方案,（1）110kV济川变35kV系统及10kV系统情况,35kVI段母线系统：济十革线供35kV十街变、济十革线T接革坤电站；济浦I回线供35kV浦贝变；35kVI段母线系统接地PT可能存在4组。,35kVII段母线系统：济易线连接110kV易门变（热备用）、济浦II回线供35kV浦贝变（热备用）；35kVII段母线系统接地PT仅1组。,10kVI段母线系统：供底尼线、东环路线、易兴路、#1电容器组、#2电容器组；10kVI段母线系统接地PT仅1组。,10kVII段母线系统：没有发生PT、熔断器损毁问题，不说明。,.,五解决方案,110kV济川变电容电流及XC0/XL值,110kV济川变电容电流及XC0/XL值在谐振区域的为35kVI、II段母线、10kVI段母线。目前：35kVI段系统，有共4组PT，其中济川变35kVI段虽然已经换成4PT，但其余三组没有更换，发生谐振4PT和其余PT都可能烧毁。,.,1）硬扛：1、PT毁坏：PT毁坏因铁磁谐振引起，采用全绝缘的就可避免，整个电网在谐振区域内的所有PT都应更换。2、熔断器频容：更换为额定电流更高的，最大熔断电流提高1倍。优点：可以简单地解决，PT频毁、熔断器频繁熔断问题。问题：a、阻断了零序回路，导致电磁能量的转移大部分通过变压器，给变压器绝缘带来影响；b、在谐振区域内的PT需全部更换；c、熔断器也需要更换；,五解决方案,（2）解决方案：,.,2）疏导：提供能量释放的零序通道，如采用消弧线圈，对系统内设备的安全稳定运行有利。优点：提供了零序通道，配合良好可以起到很好的防过电压及铁磁谐振作用。问题：（1）投资大、占地面积大；（2）配合不好易产生过电压及线性谐振；3）新的方式：打算研制新的消谐方法，明年可以试运行，此种方法与常规的消弧线圈不同。,.,总结及交流：,1）反错电磁式电压互感器在经过铁磁谐振后，应进行励磁特性测试；（从项目研究来看有点不科学，应检查绝缘：谐振后或熔断器熔断后应进行绝缘电阻或交流耐压试验）2）运维（1）应注重电网的电容电流不在谐振区域内，电网运行方式变化后应及时进行电容电流测试；（一般10kV电网12A以下为谐振区域、35kV没有经过平台试验用10kV的结论5A以下为