大唐济南长清风电场一期工程49.5MW风电项目110kV升 压站消弧柜技术改造

中图分类号：F407.6文献标识码：A 文章编号：

改造背景

为适应国家电网规范化要求，针对电力系统中电压互感器的非线性电感与线路对地电容之间由于参数选择不当或系统某种扰动，导致电感与电容匹配，引起铁磁谐振过电压，把消弧柜装置改造成既有普通PT功能，又能防止PT产生铁磁谐振过电压，因此在大唐济南长清风电场一期工程49.5MW风电项目110kV升压站中，将原设计35kV母线汇集线系统消弧柜进行技术改造，增加一、二次消谐器。

1、使用环境条件

1.1 使用场所： 40.5 kV（母线高压设备室，无酸碱腐蚀处）

1.2 环境温度：-30℃～+40℃

1.3 安装高度：海拔1000m及以下（大于1000m以上的需特殊要求）

1.4 相对湿度：月平均相对湿度不大于90%，日平均相对湿度不大于95%

1.5 污秽等级：不超过Ⅱ级

2、系统参数

2.1额定电压： 40.5 kV (额定频率为50Hz)

2.2系统单相接地电容电流：≤50 A

2.3系统接地方式：中性点不接地

2.4 PT二次接地方式： 中性点直接接地（可选择）

2.5装置的控制电源：DC220V（可选择），照明电源：AC220V。

3、主要电气参数的依据

3.1一次消谐器

3.1.1电阻值：消谐器的电阻片系非线性材料制成，其电阻值随通过的电流不同而不同。消谐器的电阻值是以通过工频电流10mA的值来标定。它的依据是：大多数压变在额定线电压下的励磁电流的基波值在10mA左右。当消谐器通过10mA的值R10mA，与单相压变在额定线电压下的励磁电抗Xm之比，R10mA/Xm≥0.06时，压变不会发生铁磁谐振。

（注意：消谐器的电阻值是不能用万用表或摇表之类的仪器仪表来测量的。）

3.1.2非线性特性：消谐器采用非线性材料制成是因为压变的伏安特性是非线性的。当消谐器10mA的电阻值R10mA与压变额定励磁电抗Xm之比≥0.06时，若要求消谐器在其它电流时的值亦满足≥0.06的条件，则要求消谐器的伏安特性与压变伏安特性基本一致。因此，要求消谐器的非线系数在一定范围内。采用消谐器1mA时的值来标定消谐器的非线性特性。用1mA和10mA的电压值计算消谐器的非线性系数。

3.1.3容量：电网正常运行和单相金属接地时，流过消谐器的电流在20mA以下，对消谐器容量要求不大。对消谐器容量要求大的运行状态是持续的单相弧光接地（间隙性接地），在此状态下流过消谐器的是数百mA的涌流且时间持续。采用2小时通过200mA工频电流来标定消谐器的容量。新消谐器在电网发生弧光接地长达2小时的极端条件下，也不会损坏。

3.2 二次消谐器

采用YTM-9800-JH型号二次消谐装置，以32位单片机作为主保护将微机技术用于电网消谐，利用DSP的快速、准确的数据处理能力来实现傅里叶。通过PT开口三角电压幅值及频率变化，对电网谐振时的各种频率成分快速作出分析，可以连续消除0~300HZ的各种频率谐振。

4、增加一、二次消谐功能

增加一次消谐器是在电压互感器高压绕组中性点接入一个足够大的非线性电阻，起阻尼与限流的作用。在单相故障消失时，低频饱和各电流经过非线性电阻后进入大地，由于大部分压降加在电阻上，从而大大抑制了低频饱和电流，使电压互感器高压熔丝不易熔断；同时由于在零序电压回路串联的这个非线性电阻，使电压互感器饱和过电压的大部分电压降落在非线性电阻上，从而避免了铁芯饱和，限制了电压互感器饱和过电压的发生。

二次消谐功能即我们常说的微机消谐功能。其原理是在互感器开口角回路加阻尼电阻，互感器发生铁磁谐振时，互感器饱和，这时接通开口三角的阻尼电阻，则有零序电流形成。这个电流是对高压绕组中的零序电流所建立的磁通起去磁作用的，使得互感器感抗加大，偏离谐振区。

电压互感器是消弧柜（PT柜）内的主要元器件之一，如果没有消谐功能则会使电压互感器产生安全隐患。电压互感器为非线性感性元件，在具有一定的外界“激发”条件下（例如过电压等情况），会使得互感器感抗下降，进而与系统容抗匹配，产生串联谐振。使激磁电流大为增加，可达额定值的百倍以上，易烧断互感器的高压熔丝，或引起互感器严重过热，进而烧损、爆炸。

结合该站实际情况，系统中有多台电压互感器，电压互感器发生谐振的几率更大，装设一、二次消谐功能十分有必要，采用微机消谐0～300Hz的全频消谐功能，内置大功率阻尼电阻，对于高频谐振、工频谐振、低频谐振均可迅速有效地消除，保护了电压互感器熔断器和电压互感器本身的安全，从而保证110kV升压站安全可靠的运行。

5、小电阻接地系统的运行情况

根据一些运行中的情况分析，35kV中性点经小电阻接地方式对供电可靠性及人身安全有着不可低估的影响。

1.跳闸次数：对于以架空出线为主的变电站，在改为小电阻接地系统后，产生跳闸次数过多的情况。原因在与架空线路的瞬时故障较多，而且部分瞬时故障并不能经重合闸后有效分辨，曾经出现重合不成后，再强送成功的例子。以上情况在台风季节尤其明显。对于以电缆出现为主的变电站上述情况也不能完全杜绝，尤其如该站专线用户较多。用户端由于管理水平和技术水平较电业部门低，产生瞬时接地（或不明原因接地）的情况较多，也有可能使跳闸次数增多的情况。

2.对备用电源自切的影响：35kV母线或线路永久性故障而开关拒动时将通过主变后备保护跳闸，为防止自切动作合闸在永久故障点上，通常采用主变后备闭锁自切方式。考虑到小电阻接地方式以接地故障为主，35kV母线单相接地的机会也不多，且电流不大，瞬时性更不能排除，主变零序后备闭锁各自切有意解除。可防止部分因接地引起的35kV母线失压事故。

3.保护时间配合：在小电阻接地系统中，故障相对地电压在故障切除后由零升到相电压和非故障相对地电容由线电压降到相电压的过渡过程由阻抗不高的中性点设备提供通路，衰减的幅值与时间直接与系统的对地等效电容以及中性点设备的参数有关。由于系统对地等效电容与出线电缆与架空线的长度有关。该衰减时间，对保护的时间配合上有较大影响。

4.安全：有一种论点，小电阻接地系统中如有人误触高压设备时，保护能够迅速跳闸可避免造成伤亡事故。而在电力系统的实践中，我们知道是否会造成伤亡的关键是触电者接触带电体的方式和触电后人体的移动方向及抢救等因素。而这一论点需在保护跳闸的电流没有或少量通过人体条件成立，才有可能避免伤亡。而人体触电引起的接地可能是大过渡电阻接地，基本不可能使上述条件成立。

6、小电阻接地系统与消弧线圈接地系统的比较

进行小电阻接地系统与消弧线圈系统的比较，尤其消弧线圈已具有了自动调谐功能，这种比较需重新进行。

首先小电阻接地系统，在供电可靠性上依赖于网架结构和配电自动化的应用。如网架结构较好，配电自动化的应用程度较高。小电阻接地系统对供电可靠性的影响还是较小的。消弧线圈接地系统，在供电可靠性上主要依赖调度系统的运作。一般认为消弧线圈接地系统在发生单相接地时，有可能造成系统上其它绝缘薄弱点击穿，造成事故扩大。然而在实际情况中变电站外线路或电缆经过这几年的改造，其绝缘强度已有提高，这种担心似乎多余。而站内设备击穿主要是对双母线结构的变电站影响较大，对于目前较多采用的单母线多分段结构的变电站影响较小。

其次与接地系统相关的线路和电缆上的投资也值得关注。小电阻接地系统在运行环境较好，电缆出现较多的系统中，这一方面的投资较小。而在运行环境较差，例如架空线路较多，受台风等影响较大的地方，则后期改造绝缘导线的投资就比较大。而消弧线圈系统引起的架空线和电缆的改造与环境关系不大。

小电阻接地系统给调度系统带来了操作减少，运行方式比较容易安排等优点。老式的消弧线圈系统确实有增加操作量，运行方式安排受消弧线圈补偿牵制等缺点，然而随着自动调谐消弧线圈的应用，这一缺点已得到部分解决。

7.实施时应注意的问题

首先要了解通用设备典型规范适用范围，国家电网公司110～500 kV变电站通用设备典型规范涵盖了《国家电网公司输变电工程典型设计》中110～500 kV变电站分册中包含的主要电气一次设备，适用于公司系统110～500 kV变电工程中电气一次主设备参数确定、设备招标、采购及安装指导。其次要掌握设备典型规范的基本使用条件，内容见表1。

表1110~500KV变电站通用设备典型规范的基本使用条件

选择设备时，应按当地环境条件校核。当超出表中环境基本使用条件时，应通过技术经济比较采取相应措施。

【参考文献】

1.要焕年，曹月梅。电力系统谐振接地。北京：中国水利水电出版社

2.牟龙华、孟庆海。供配电安全技术。北京：机械工业出版社，2003

3.杨旭，朱斌。高速多通道同步数据采集DSP系统在电力系统的应用。暨南大学学报。2001，22(3)：58—61

4.要焕年。论城市电网接地方式的发展方向。中国电力，1993，26(8)：32-35