浮石水电厂10 kV系统产生铁磁谐振过电压的分析及防护

摘要:本文结合水电厂运行事故的发生，经过事故分析，总结对于谐波过电压，应采取的措施。

关键词:不接地系统 铁磁谐振 过电压 防止对策

1、事故经过

2009年7月30日00:17浮石水电厂中控室电铃告警,“#1主变低压侧接地”光字牌闪亮,“#1G后备保护4GP”光字牌闪亮,1#G保护屏NAS-928B出现“TV断线”光字牌亮告警,NAS-928A出现“定子接地1”和“TV断线”光字牌亮告警,#1G定子基波零序电压I段动作,定子基波零序电压为104.18V,监控电脑机端电压在“10.04～9.40KV”之间波动,切换发电机定子电压AN=BN=CN=7.5KV,用万用表测量912TVAB=97KV,AC=98KV,CA=98KV,AN=76KV,BN=78KV,CN=80KV,检查#1G发电机和41T厂变均无发现异常。

00:35运行人员断开941QF开关,厂用400VI、II段联络运行,“#1主变低压侧接地”光字牌自动复归,人为复归1#G保护屏光字牌正常,检查1#G保护屏各保护量数值正常,三相电压正常。事后运行人员对41T厂变进行测绝缘正常,为了确保安全,运行人员未对41T进行恢复送电,白天维护人员对41T厂变及其高压设备进行检查、清扫,未发现明显的接地点和放电现象,测其绝缘正常,并对41T恢复送电正常。

事后查看#1G保护屏事件记录:00:17“TV断线”动作,“定子接地基波1段”动作,机端电压A相,B相,C相分别为90.55KV,71.61KV,39.48KV,AB相,BC相,CA相分别为112.44KV,110.15KV,91.17KV,机端自产零序电压为107.6KV,机端开开囗三角形电压为60.05KV,定子基波零序电压为104.18V;00:35“TV断线”返回,“定子接地基波1” 返回,机端电压A相,B相,C相分别为67.95KV,57.15KV,74.19KV,AB相,BC相,CA相分别为104.94KV,113.76KV,127.09KV,机端自产零序电压为7.21KV,机端开开囗三角形电压为4.23KV;定子基波零序电压为13.65V。

2、单相接地与电压互感器谐振

2.1 单相接地

在中性点不接地系统中,当系统发生单相接地故障时:由于系统的线电压大小和相位差不变,对设备的运行无任何影响,系统仍可在故障状态下继续运行一段时间。但非故障相通过接地点的电流是系统正常时对在电容电流的三倍,对地电压升高√3倍达到线电压,影响系统设备的绝缘性能和使用寿命,所以必须迅速检查,以免非故障相绝缘薄弱的地方损坏,造成相间短路,扩大事故。

2.2 电压互感器谐振

在正常运行时,各相励磁电感相等,故三相对地负载是平衡的,电网中性点电位为零。当电网发生扰动,例如断路器突然合闸,或者线路发生单相接地或单相接地消失的瞬间等,如系统发生单相接地故障时,由于故障点流过电容电流,此时电压互感器的励磁阻抗很大,故流过的电流很小,一旦接地故障点消除,非接地相在故障期间已充的电荷只能通过电压互感器高压线圈经其自身的接地点接入大地。在这一瞬间电压突变过程中,电压互感器高压线圈的非接地两相的励磁电流就要突然增大,甚至饱和、造成铁磁谐振。由于接地电弧熄灭时间不同,故障点的切除就不一样。因此,不一定在每次出现单相接地故障时,电压互感器高压线圈中都要产生很大的激磁电流。但都可能激发起铁磁共振现象。由于对地电容和互感器的参数不同,可能产生基频、分频、高频等各种频率的铁磁谐振现象。由于虚幻接地的干扰,误导了运行人员的操作和事故分析,往往反复查找测试又找不出接地点,延误了设备的事故处理和恢复正常运行。

基波谐振:系统二相对地电压升高,一相对地电压降低。中性点对地电压(可由互感器辅助绕组测得电压)略高于相电压,类似单相接地,或者是二相对地电压降低,一相对地电压升高,中性点有电压,以前者为常见。

分频谐振:三相电压同时升高（一般上升到1.2—1.5倍的相电压）,线电压没有变化。中性点有电压,这时电压互感器一次电流可达正常额定电流的30～50倍以致更高。中性点电压频率大多数低于1/2工频。

高频谐振:三相电压同时升高,中性点有较高电压,频率主要是三次谐波。

3、事故分析

浮石水电厂10.5kV系统为小电流接地系统,母线TV（951TV）和发电机出囗TV（912TV）均为JDZJ-10系列电磁式互感器（励磁专用911TV型号为JSJB-10）,其一次绕组接成星型,中性点直接接地。“#1主变低压侧接地”和“#1G定子接地1”信号分别由951TV和912TV供给。其一次接线如图1所示。

在正常运行条件下,励磁电感L1=L2=L3=L0,故各相对地导纳Y1=Y2=Y3=Y0,每相对地总阻抗相等,三相对地负荷是平衡的,电网的中性点处于零电位,即不发生位移现象。

从事故过程可知,由于#1主变低压侧与#1G出囗母线相连, 当C相发生接地,同时出现“#1主变低压侧接地”和“#1G定子接地1”告警,当接地消失的瞬间,C相对地电压瞬间升高,这使得C相互感器的励磁电流突然增大而发生饱和,其等值励磁电感L3相应减小,以致Y3≠Y0,这样,三相对地负荷变成不平衡了,中性点就发生位移电压。对地三相回路中的自振频率接近于电源频率,这就产生了严重的串联谐振现象,中性点的位移电压(零序电压)急剧上升,出现虚幻单相接地故障,所以“#1主变低压侧接地” 和“#1G定子接地1”告警仍不能复归。但由于出现分频谐振,三相对地导纳相互补偿,Y1+Y2+Y3=0,中性点出现严重的位移电压,所以出现线电压平衡,而三相对地电压同时升高至7.5KV的现象;当运行人员断开941QF开关时,由于系统运行方式改变,网络的参数被改变,谐振条件破坏,三相对地电压恢复正常,所以“#1主变低压侧接地”和“#1G定子接地1”光字牌复归正常。

4、在中性点非直接接地的系统中,对于谐波过电压,可采取下列措施

(1)采用品质好,技术性能优,铁心不易饱和的电压互感器或只使用电容式电压互感器。

(2)在电压互感器开口三角侧加装消谐器。

(3)必要时可采用改变操作顺序,以避免操作过程中产生谐振的条件。如对母线合闸充电操作时,事先投入某些线路或变压器等设备,以破坏谐振匹配的条件。或合闸充电前先断开母线TV,相当于断开了谐振电感L,待充电正常后再投入。

(4)对发生的谐振系统,改变其运行状态:即改变系统的参数使L—C不再匹配,破坏谐振条件,如投或切一个负荷设备,改变系统运行方式等都可以达到消谐的目的。

5、结语

在中性点不接地系统中,发生铁磁谐振时,电压互感器将产生过电压使电流激增,对设备的威胁最大,可能造成一次侧熔断器熔断,如铁磁谐振误判为单相接地而耽误了及时、准确处理的时间,还将可能会造成电压互感器烧毁,个别情况下,还会引起避雷器、变压器、断路器的套管发生闪络或爆炸。所以,在中性点不接地系统中,系统发生单相接地故障时,运行值班人员应迅速正确判断故障类型,如发生铁磁谐振,至于采用何种消谐办法,值班人员应该根据现实情况,结合系统的运行方式,分别采取相应措施,以达到消谐的目的,防止事故扩大造成损失。