一種35kV中性點不接地配電網鐵磁諧振抑制裝置製造方法
2023-12-05 15:04:06
一種35kV中性點不接地配電網鐵磁諧振抑制裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種35kV中性點不接地配電網鐵磁諧振抑制裝置，包括連接於A、B、C三相線上的主變壓器T和電壓互感器PT，主變壓器T的中性點串聯開關K1和高電阻R1接地，電壓互感器PT的一次側中性點通過常閉開關K2和電阻R2接地。發生鐵磁諧振後，在系統中性點立即接入高電阻R1，使系統中性點經高阻接地，並在鐵磁諧振消失後迅速切除該電阻，中性點恢復不接地運行，同時PT一次側中性點經非線性電阻接地。本實用新型可有效抑制三相不同期合閘、三相分閘以及單相接地故障消失所激發的鐵磁諧振。
【專利說明】—種35kV中性點不接地配電網鐵磁諧振抑制裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及配電網鐵磁諧振抑制的領域，具體是一種35kV中性點不接地配電網鐵磁諧振抑制裝置。
【背景技術】
[0002]35kV供電系統作為電力網的末端直接向用戶供電，其運行安全至關重要。在中性點不直接接地系統中，為了使電力監視裝置在系統發生接地時得到報警信號，通常將母線上的電壓互感器(簡稱PT)中性點接地。如果沒有採取適當措施，當發生合空載母線、單相瞬時性接地故障消失或者系統負荷劇烈變化時，PT勵磁電感的非線性特性與系統對地電容形成參數匹配，將會引發鐵磁諧振現象，造成系統過電壓和PT中的過電流，導致瓷絕緣閃絡、避雷器爆炸、PT高壓熔斷絲熔斷等，甚至燒毀PT，嚴重影響了系統的安全運行。
[0003]近幾十年來，國內外專家對此做了大量的研究和試驗分析，提出了很多防護措施。大致可分為兩類:一是改變參數，破壞產生諧振的條件；二是接入阻尼電阻，增大迴路的阻尼效應,具體包括:
[0004]①母線上裝設中性點接地的三相星形電容器組
[0005]這種方法是根據Peterson對諧振區域的研究提出的，當增大各相對地電容Cci,使X CO / X T < 0.01 (其中，X CO為線路每相對地分布電容的容抗值，X τ為PT並聯運行PT單相繞組在額定線電壓作用下的綜合電感的感抗值)，可防止諧振。
[0006]②PT高壓側中性點串聯單相PT (也稱4ΡΤ方式)
[0007]在PT高壓側中性點串單相PT的方案由四臺單相PT組成，其中三臺為主PT，一次側接成星形，其中性點通過一臺零序PT接地，主PT的二次開口三角繞組短接，零序PT的二次側接零序電壓繼電器。
[0008]③系統中性點經消弧線圈接地
[0009]系統中性點經消弧線圈接地的方法相當於在PT每一相勵磁電感上並聯一個消弧線圈的電感。消弧線圈及消弧電抗器除了對瞬間單相接地電弧的熄滅有幫助之外，由於他們都並接在零序迴路中，由於其電感值Ltl與PT等效零序電感相比小得多，差幾個數量級，相當於將PT等效零序電感短路，所以就不會再發生參數匹配引起諧振了。採用這一措施雖然投資大，但完全可以消除因PT飽和引起的鐵磁諧振。
[0010]④PT高壓側中性點串線性電阻
[0011]PT高壓側中性點串入的電阻等價於每相對地串接電阻，能起到消耗能量，阻尼和抑制諧振的作用，還能限制PT中的電流，特別是限制斷續弧光接地時流過PT的高幅值過電流，相應地亦能減小每相PT上的電壓，亦就相當於改善它的伏安特性，但串入電阻R不能太大，也不能太小，否則單相接地時開口三角電壓太低，影響接地指示靈敏度及保護裝置的正確動作，一般要求R>0.06 Xt。
[0012]⑤PT開口三角繞組接阻尼電阻(Ra)
[0013]電阻(Ra)相當於接在電源變壓器的中性點上，或者看成接至PT高壓側(Ytl)結線的繞組上，而這一電阻只有在電網有零序電壓時才出現，正常運行時零序電壓繞組所接的Ra不會消耗能量。Ra越小，在PT勵磁電感L上並聯的電阻越小，當Ra小於一定值時，網絡三相對地參數基本上由等值電阻決定。這時，由電壓互感器飽和引起的電感減小，但不會明顯產生電源中性點位移電壓。當R△ =O，即將開口三角形繞組短接，則PT三相電感值就變成漏感，其數值三相相等，PT飽和過電壓也就不存在了。
[0014]但是，以上幾種消協措施在仿真計算和實際應用中都存在不同的問題。研究人員在35kV配網的母線上投入0.2 #?10 βΡ的電容器組，發現在線路某處的單相接地故障消失後，仍然會引起不同頻率的鐵磁諧振，可見方法①並不能有效抑制鐵磁諧振過電壓，Peterson得出的使Xai / Xt < 0.01即可防止諧振的方法並不完全適用；方法②也只能在系統對地電容小於0.01 MF時有效，適用範圍太小；方法③在對地電容電流小於1A時，要補償其電容電流要求消弧線圈的電感值非常大，從工程角度考慮並不現實，而較小的電感值容易造成過補償，所以規程不推薦使用；方法④在鐵磁諧振產生時其PT —次側上接的電阻會吸收幾千焦至十幾千焦的能量，對線性電阻的熱容量要求非常高，很可能會將其燒壞；方法⑤在消協過程中會在PT開口三角電阻流過一個高達數百安培的電流，容易燒壞電阻器，且採用該方法時，PT 一次側電流暫態過程較長，影響PT安全運行。
【發明內容】
[0015]針對現有技術中的不足，本實用新型的目的是提供一種35kV中性點不接地配電網鐵磁諧振抑制裝置，可有效抑制鐵磁諧振發生。
[0016]為了實現上述目的本實用新型採用的技術方案是:系統發生鐵磁諧振後，在系統中性點立即接入高電阻，使系統中性點經電阻接地，並在鐵磁諧振消失後迅速切除該電阻，中性點恢復不接地運行，同時PT —次側中性點經非線性電阻接地。具體為本實用新型裝置，包括連接於A、B、C三相線上的主變壓器T和電壓互感器PT，所述電壓互感器PT的二次開口三角連接有控制箱，所述主變壓器T的中性點串聯開關Kl和電阻Rl接地，所述電壓互感器PT的一次側中性點通過常閉開關K2串聯電阻R2接地。
[0017]採用本實用新型裝置進行配電網鐵磁諧振抑制能獲得的有益技術效果是:能夠有效抑制三相不同期合閘、三相分閘以及單相接地故障消失所激發的鐵磁諧振。且電路結構簡單，易於安裝和實現，不改變現有的線路結構，成本低廉。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型裝置的結構原理圖；
[0019]圖2為實施例2的中性點電壓和三相電壓仿真結果圖；
[0020]圖3為實施例2的PT —次側電流仿真結果圖；
[0021]圖4為實施例3的中性點電壓和三相電壓仿真結果圖；
[0022]圖5為實施例3的PT —次側電流仿真結果圖；
[0023]圖6為實施例4的中性點電壓和三相電壓仿真結果圖；
[0024]圖7為實施例4的PT —次側電流仿真結果圖；
[0025]圖8為實施例5的中性點電壓和三相電壓仿真結果圖；
[0026]圖9為實施例5的PT —次側電流仿真結果圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖做進一步說明。
[0028]實施例1:參見圖1，本實用新型包括連接於A、B、C三相線上的主變壓器T和電磁式電壓互感器PT (它們的連接均為本領域熟知的常規方式)，所述電磁式電壓互感器PT的二次開口三角連接有控制箱，主變壓器T的中性點串聯開關Kl和電阻Rl接地，所述電磁式電壓互感器PT的一次側中性點連接常閉開關K2的一端，常閉開關K2的另一端與電阻R2的一端連接，電阻R2的另一端接地。
[0029]A、B、C為三相母線，Rl為2.5kQ的高阻，通過開關Kl連在變壓器中性點上，R2為氧化鋅壓敏非線性電阻，通過常閉開關K2連在電磁式電壓互感器PT —次側中性點上，電磁式電壓互感器PT開口三角上的控制箱中包括鐵磁諧振過電壓檢測裝置和開關Kl控制系統。如果系統因合空載線路或單相接地故障消失等原因激發鐵磁諧振故障，控制箱中的鐵磁諧振控制裝置可快速檢測發現，檢測裝置確定系統發生鐵磁諧振後，發出高電平數位訊號至三極體基極、三極體射極串接電磁繼電器，三極體導通後，繼電器隨之動作，即開關Kl閉合，此時，系統中性點經高阻接地結合PT —次側經非線性電阻接地來抑制並消除鐵磁諧振，當該檢測裝置確認系統鐵磁諧振已被消除，檢測裝置發出低平數位訊號至三極體基極，三極體截止，繼電器斷開，即開關Ki斷開，系統中性點恢復不接地運行。
[0030]下面對本實用新型的消諧裝置進行效果驗證。
[0031]實施例2:根據相關規程規定，對於35kV配電系統，僅當其對地電容電流小於10A，系統中性點才能採用不接地方式運行。當4 = 103時，根據公式4 =可計算得到C^ = 0.53/iF ,因此，對地電容電流小於1A的35kV配電網，其單相對地電容均小於
0.53 μ Fo設35kV配電系統的單相對地電容為0.53 μ F，並設置斷路器不同期合閘，Α、B、C三相合閘時間分別為0.0ls,0.013s,0.016s，採用本實用新型消諧裝置後，系統中性點電壓和三相電壓及PT —次側電流仿真結果如圖2及圖3所示。
[0032]實施例3:改變系統單相對地電容值為0.1 μ F，採用實施例2的方式進行仿真實驗，仿真結果如圖4及圖5所示。
[0033]由圖2?圖5可知,三相不同期合閘時，中性點電壓及三相電壓均未發生鐵磁諧振現象，C0 = 0.53,「F時，PT 一次側電流最大為19.5mA，且僅出現一次，其餘時間均為正常，
時，PT—次側電流未出現異常。因此，本實用新型可以有效抑制因三相不同期合閘所激發的鐵磁諧振。
[0034]實施例4:設35kV系統的單相對地電容為0.53 μ F，並設斷路器在0.02s同時斷開，模擬分閘情況，採用實施例2的方式進行仿真實驗，仿真結果如圖6及圖7所示。
[0035]由圖6、圖7可知，中性點電壓及三相電壓均未發生鐵磁諧振現象，PT 一次側電流最大為16.5mA,且經一個工頻周期便恢復正常。在C。為0.4 μ F、0.3 μ F、0.2 μ F、0.1 μ F時，依次仿真三相分閘時的母線電壓和PT —次側電流，均未出現諧振現象，說明本實用新型可有效抑制三相分閘引發的鐵磁諧振。
[0036]實施例5:設35kV系統的單相對地電容為0.53 μ F，並於0.02s在線路A相末端設置一個金屬性單相接地故障，0.03s故障消失，PT 一次側中性點經非線性電阻接地，同時，系統中性點在發生鐵磁諧振後短時接入2.5kΩ高阻，採用實施例2的方式進行仿真實驗，仿真結果如圖8及圖9所示。
[0037]由圖8、圖9可知，母線三相電壓在單相接地時刻產了一個衝擊過電壓，為2.12p.u.，故障消失後的第一個工頻周期，系統中性點電壓和母線三相電壓就已經開始穩定在額定值；PT —次側電流在故障消失後經過0.07s的暫態過程後便恢復正常，暫態過程中，電流幅值最大為120mA。
[0038]實施例6:當系統對地電容不同時，A相接地故障在0.03s消失，分析本實用新型對鐵磁諧振的抑制效果，仿真結果如表I所示。
[0039]表I
[0040]...........miSI^----?:■■■■■■—?,?Ι'ΙΙ?ρτ?pt
容Cj4*F 大電壓/ p.w大電Jl/p u lie/mA 3l_l]/s
0 I2.111.7310?0 07
0 22 11I 731110 0?
0-3 2J2 1-?3 lt3 0.W
QA 2.12 1.73 116 0.07
0.53_2J2_LB_IM_0 07
[0041]由表I可知，系統單相對地電容在0.1 μ F至0.53 μ F變化，單相接地故障在電壓峰值時消失，在該消諧裝置作用下，母線三相過電壓在故障消失經一個工頻周期後完全恢復正常，PT 一次側電流在暫態過程中最大值隨系統對地電容減小而減小，且其暫態過渡時間均只有0.07s。可見，該消諧裝置對由單相接地故障引發的鐵磁諧振有非常好的抑制效果O
[0042]綜上，對於中性點不接地的35kV配電網，本實用新型消諧裝置可以有效抑制三相不同期合閘、三相分閘、單相斷線以及單相接地故障消失所激發的鐵磁諧振。
【權利要求】
1.一種35kV中性點不接地配電網鐵磁諧振抑制裝置，包括連接於A、B、C三相母線上的主變壓器T和電壓互感器PT，所述電壓互感器PT的二次開口三角連接有控制箱，其特徵在於:所述主變壓器T的中性點串聯開關Kl和電阻Rl接地，所述電壓互感器PT的一次側中性點通過常閉開關K2串聯電阻R2接地。
2.根據權利要求1所述一種35kV中性點不接地配電網鐵磁諧振抑制裝置，其特徵在於:所述電阻R2為非線性電阻。
3.根據權利要求2所述一種35kV中性點不接地配電網鐵磁諧振抑制裝置，其特徵在於:所述電阻R2為氧化鋅壓敏非線性電阻。
4.根據權利要求1、2或3所述一種35kV中性點不接地配電網鐵磁諧振抑制裝置，其特徵在於:所述電阻Rl的阻值為2.5kQ。
5.根據權利要求1、2或3所述一種35kV中性點不接地配電網鐵磁諧振抑制裝置，其特徵在於:所述開關Kl採用繼電器。
【文檔編號】H02H9/04GK203942275SQ201420348952
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年6月27日 優先權日:2014年6月27日
【發明者】劉渝根, 王建南, 馬晉佩, 米宏偉, 駱仁意 申請人:重慶大學