500 kV变压器低压侧电压互感器的选型
[摘要]设备选型关系到变电站的**运行,从电磁式电压互感器在变压器的非正常运行方式下造成的铁磁谐振现象进行了分析,从系统**角度看,500kV 变压器低压侧电压互感器的选型宜采用电容式电压互感器。
[关键词] 电压互感器;铁磁谐振;电磁式;电容式
1 事情原由
1.1 事情简介
2005年3月29日,经荆州地调要求,500kV兴隆变电站的站用电备用电源林站线要停电,本站经网调同意采取用2号主变中压侧带低压侧运行,用2号所用变供电。送电过程中,发生35kV 8号母线电压出现波动并发生铁磁谐振现象,后来紧急退出2号主变运行。
1.2 运行方式介绍
本站当时运行方式是500kV设备为不完整的3/2接线,只有**串2个开关,**串为导线死连接,因为江兴线未送电而处于检修状态;220kV结线方式为双母线并列运行,兴潜线、兴袁线分别在3~4号母线上运行;2号主变压器兴39开关断开,母线刀闸391推上,兴50122、50131拉开,2号主变压器35kV侧总开关兴52开关断开,521刀闸推上,2号主变压器处于热备用状态;2号所用变处于热备用状态;兴隆站所用电由35kV林站线经0号所用变供电。35kV系统为小电流接地系统(见图1)。这种运行方式主要是于站用电系统薄弱,又无柴油发电机保证供电,仅由正常运行方式下的备用所用变电源供电,故将2号主变压器串带2号所用变作为林站线电源失去后的备用,以确保所用电运行。2号主变压器串带2号所用变供所用电运行,这种运行方式比较特殊,兴隆变电站的运行管理单位湖北省超高压输变电局向华中网调申请,并获批准。
来源:www.tede.cn
1.3 具体送电过程介绍
2005年3月29日送电过程。O7:31合上兴39开关;07:37合上兴52开关,有如下信号:2号主变WBZ一500H后备保护“TV断线”“后备保护零序过压”不间断的上传和复归。监控系统显示主变低压侧三相电压依次不停波动,大致范围为25~58kV。O7:43合上2号所用变高压侧兴54开关,O7;44断开0号所用变低压侧所001开关,O7:45合上2号所用变低压侧所O2开关。2号所用变带负荷运行,此时主变低压侧三相电压依然依次不停波动*高为58.2 kV。此段时间内2号主变压器220 kV侧电压正常无波动;2号所用变低压侧(380V)电压正常无波动。同时1号UPS三相交流电源开关跳开并上传“UPS电源故障’’。之后合上该开关,UPS运行正常。经申请网调、中调,决定恢复原有运行方式,由林站线带0号所用变供电。8:19断开2号所用变高压侧兴54开关,备自投动作,合上0号所用变低压侧所001开关,断开2号所用变低压侧所O2开关。兴隆站所用交流电源由林站线供电。3月24~25日曾经2次送2号主变压器时,也出现这种电压升高现象,但是在送2号所用变后,现象消失。
2 现象分析
从2005年3月29日的故障录波器所录波形可以看出:1)07:31合上2号主变压器220kV中压侧兴39开关后中压侧电压正常,出现了的励磁涌流中二次谐波较大,但是经过约200ins后消失,并且二次谐波出现了间断角,中性点电流波形几乎截断了半波。2)07:37合上2号主变压器35kV低压侧兴52开关后,低压侧三相电压进行旋转交变,电压不停波动,幅值25~58 kV变动,而且波形畸变严重。并且3幅值很大,随后波形出现规律性的变化,U。、、 、3变成了规则的半波,周期为基波的2倍且幅值巨大。3)07:43合上2号所用变兴54开关后,2号主变压器低压侧U 、 、 、3电压波形畸变并没有好转。4)从波形中谐波分析看存在2次以上的谐波,也存在1/2次谐波,并且幅值很大,2次谐波幅值*大为基波的20以上。
3 原因分析
从基本的串联铁磁谐振电路看(见图2),由于电感上的电压 与 相位相反,当 L> ,即CU 0 U>【,c时,电路中的电流是感性的;但是随着电流增大,铁芯出现饱和现象,电感L不断减小,而电容1Uc=』是线性关系,设2条伏安特性相交于P点(如图3)。当J> J 以后,U >U ,电流变为容性。
图2 串联铁磁谐振电路图
来源:输配电设备网 E=AU=I U 一U I,电势E和△U曲线相交点满足上述平衡方程。由a 、n、n 3个平衡点,但是只有a 、n 是稳定的,n 是不稳定的。n 是非谐振工作点,“是谐振工作点。当有2个工作点时,若电源电势是逐渐上升的,则能处在非谐振工作点n,为了建立起稳定的谐振点n。,回路必须经过强烈的扰动过程,这过程称为“激发”。而且一旦激发起来,谐振状态就可以保持很长时间不会衰减。产生谐振的必要条件是电感和电容的伏安特性必须相交,即L>
图3 串联铁磁谐振电路伏安特性曲线
铁磁元件的非线性是产生谐振的根本原因,但其饱和特性本身限制了过电压的幅值,此外,回路中的损耗,会使过电压降低,当回路电阻大到一定的数值时,就不会出现强烈的谐振现象。这也就是2004年12月22日投产时,从2号主变高压侧带低压侧运行时不曾出现铁磁谐振现象。2号主变高压侧对低压侧短路阻抗百分比为47.4,而中压侧对低压侧短路阻抗百分比为33.2,比高一低短路阻抗百分比小很多。当电压升高,电磁式电压互感器互08TV铁芯饱和时,电感元件感抗减小,电路从感性变为容性(35kV8线相当于一个大电容),发生相位反倾,产生过电压。2005年3月24~25日曾经2次送2号主变压器时,也出现这种8号母线电压升高现象,但是在送2号所用变后,该现象消失。这是由于合上2号所用变兴54开关后,相当于对互08TV的电感并联了2号所用变的电感(短路阻抗6.33%),致使整个感1抗值减小,伏安特性曲线不满足L > 条件所CD致。而3月29日铁磁谐振不消失主要是铁磁谐振已经稳定,投入2号所用变电感已经不起作用。
4 结论
系统可能从主变压器的各侧进行不同运行方式,而低压侧配备的电磁式电压互感器容易造成铁芯饱和,引发谐振。为了系统稳定运行,宜用电容式电压互感器取代电磁式电压互感器,资金投入可能增加一些,却是值得的。2005年4月28日更换为电容式电压互感器后送电再也没有发生谐振现象。而且对于主变压器的各侧进行不同运行方式,在设计时需要进行计算,以避免出现谐振现象。