田胜利-城轨交通供电系统PT安全应用技术-2011

城轨交通供电系统PT安全应用技术

田胜利

教授级高级工程师

2011年11月1、技术背景2、电力行业PT故障原因汇总3、供电系统过电压分类及原因4、铁磁谐振可能性分析5、系统单相接地及分析6、供电系统中性点接地方式7、电压互感器参数的正确选取8、故障引起的反思目录1、题目背景2010年-2011年国内数个城市地铁先后发生十几台PT烧损，导致供电系统变电所母线故障，造成区域供电中断，给行车安全造成重大隐患。行业内PT直接挂接母线PT故障后果：1）母线短路，差动不动作2）过流动作，时间长3）影响整个区域供电安全1、题目背景

母线PT故障可归结的原因：压互低压侧匝间和相间短路时，激磁电流迅速增大，烧坏互感器。当发生单相接地时，压互一次侧非故障相对地电压为正常电压值的根号3倍。压互铁芯很快饱和，线圈的感抗会迅速减小，励磁电流猛增，电流波形畸变，若无有效的防范措施，将直接导致PT炸裂。谐波导致PT铁磁谐振：谐波谐振，破坏绝缘，最后导致PT炸裂。系统参数组合不利时引起铁磁谐振：由于电力网络中含有电容性和电感性参数的元件，在参数组合不利时引起铁磁谐振。过电压倍数可达2.5倍以上，造成电气设备绝缘击穿，烧毁设备事故。流过电压互感器一次绕组的零序电流增大，长时间运行时，该零序电流产生的热效应将使电压互感器的绝缘损坏、炸裂;

系统中存在非线性的振荡(弧光接地过电压)，加剧电压互感器的损坏进程;

电压互感器自身的散热条件较差。

2、PT故障原因分析地铁供电系统PT故障后的不同观点：1）系统过电压 操作过电压、弧光过电压、谐振过电压

2）设备本身原因 绝缘击穿→温度巨变→膨胀爆炸2、PT故障原因分析3、供电系统过电压分类及原因

直击雷过电压雷电过电压感应雷过电压侵入雷电波过电压长线电容效应工频过电压不对称接地故障过电压甩负荷暂时过电压线性谐振消弧线圈补偿网络的线性谐振传递过电压谐振过电压铁磁谐振线路断线

电磁式电压互感器饱和内部参数谐振发电机同步或异步自励磁开断电容器组过电压操作电容负荷过电压开断空载长线过电压关合（重合）空载长线过电压开断空载变压器过电压操作过电压操作电感负荷过电压开断并联电抗器过电压开断高压电动机过电压解列过电压

间歇电弧过电压4、铁磁谐振可能性分析4.1铁磁谐振理论

电力网中发生不同频率的谐振，与系统中导线对地分布电容的容抗Xc0，和电压互感器并联运行的综合电感的感抗Xm，两者的比值Xc0/Xm有直接关系。

1）铁磁谐振的分类：根据H.A.Peterson激磁电感谐振原理，铁磁谐振分为：分频、高频、基频。4、铁磁谐振可能性分析1）铁磁谐振的分类（1）分频谐振

当比值Xc0/Xm较小（在0.01～0.1范围内）时发生分频谐振的概率较大。电容和电感在振荡时能量交换所需的时间较长，振荡频率较低，表现为：过电压倍数较低，一般不超过2.5倍相电压；三相电压表的指示数值同时升高，并周期性摆动，线电压正常。（2）基频谐振

当比值Xc0／Xm接近于1时，发生基频谐振的概率大。其表现为：三相电压表中指示数值为两相升高、一相降低，线电压正常；过电流很大，往往导致电压互感器熔丝熔断，严重时甚至会烧坏互感器；过电压不超过3.2倍相电压，伴有接地信号指示，称为虚幻接地现象。（3）高频谐振

当比值Xc0/Xm较大（在0.8～3范围内）时发生高频谐振的概率大。发生高频谐振时线路的对地电容较小，振荡时能量交换较快。表现为过电压倍数较高；三相电压表的指示数值同时升高，最大值可达到4～5倍相电压，线电压基本正常；谐振时过电流较小。2）铁磁谐振的激发条件（1）电压互感器的突然投入；（2）线路发生单相接地；（3）系统运行方式的突然改变或电气设备的投切；（4）系统负荷发生较大的波动；（5）电网频率的波动；（6）负荷的不平衡变化等。3）一般性结论（1）当Xc0/Xm≤0.01或Xc0/Xm>3时，系统一般不会发生铁磁谐振。（2）在不同的谐振区域，谐振的外施触发电压是不同的。（3）分频谐振区谐振外施电压为最低，在正常额定电压下系统稍有波动就可触发谐振。（4）高频谐振区的谐振外施电压最高。（5）在同一谐振区域内不同的Xc0/Xm比值下，谐振的最低外施触发电压（临界值）也是不