CN109449906A - 特高压变电站一次消谐装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统过压保护领域，具体是一种特高压变电站一次消谐装置。它包括由氧化锌电阻片组和碳化硅电阻片组组成的非线性电阻，非线性电阻安装在特高压变电站的电压互感器上，氧化锌电阻片组和碳化硅电阻片组串联连接在所述的电压互感器的一侧或者两侧，然后接地。本发明具有消谐装置效果显著、动作可靠、维护简单的好处。

Description

特高压变电站一次消谐装置

技术领域

本发明属于电力系统过压保护领域，具体是一种特高压变电站一次消谐装置。

背景技术

电力系统中由于某种原因形成的振荡回路中，往往因铁芯电感的饱和特性激发起持续性的幅值较高的过电压，称为铁磁谐振过电压。

在中性点不接地系统中，在母线上安装Y₀接法的PT后，由于PT铁芯电感的磁路饱和作用，当电网等值电感和对地电容相匹配时，可能产生不同频率的铁磁谐振，导致持续的、较高幅值的铁磁谐振过电压，常见的有高频谐振(三次谐波谐振、二倍频谐振)、基频谐振和分频谐振(1/2分频谐振、1/3分频谐振)等。铁磁谐振的表现形式可能是相对地电压升高、励磁电流过大或以低频摆动，引起绝缘闪络、避雷器炸裂、高值零序电压分量产生以及“虚幻接地”出现等，严重时还可能诱发保护误动作或在PT中出现过电流引起高压熔丝熔断甚至PT烧坏等事故。

根据谐振原理，PT铁磁谐振的发生条件为：

首先，回路中电感和电容的参数须满足某频率下的匹配条件。其次，应有合适的激发条件，对于分频谐振和基频谐振，激发条件可能是单相接地故障，高频谐振的激发条件可能是空载母线合闸。

要避免PT铁磁谐振引起的危害，首先要计算变电站可能的运行方式下，回路中的电感和电容的参数是否满足谐振条件。若在某种运行方式下，回路可能发生谐振。

发明内容

本发明针对上述技术在存在的特高压变电站发生谐振的缺点，提出一种特高压变电站一次消谐装置。

本发明采用了如下技术方案：

特高压变电站一次消谐装置，它包括由氧化锌电阻片组和碳化硅电阻片组组成的非线性电阻，非线性电阻安装在特高压变电站的电压互感器上，氧化锌电阻片组和碳化硅电阻片组串联连接在所述的电压互感器的一侧或者两侧，然后接地。

一种用于确定非线性电阻中氧化锌电阻片组和碳化硅电阻片组数量的方法，包含如下步骤：

1)、在仿真软件中建立所研究特高压变电站的各设备电路模型，其中PT的电路模型包含其励磁特性，由正常运行时PT的感抗值计算发生谐振时回路中的单相对地电容值，具体来说：

d)对应分频谐振；

e)对应基频谐振；

f)对应高频谐振；

当大于0.01或小于2.8时，会发生谐振；

2)、确定可能发生铁磁谐振的运行方式，并采用合适的激发条件激发谐振，仿真获得谐振发生时的过电压和电流；

3)、根据第2)步铁磁谐振的运行方式安装氧化锌电阻片组和碳化硅电阻片组的数量，确定可能发生铁磁谐振的运行方式，并采用合适的激发条件激发谐振，仿真获得谐振发生时的过电压和电流。

其中X_L为PT正常运行时的稳态励磁感抗值，X_C为系统的对地容抗值。

本发明具有消谐装置效果显著、动作可靠、维护简单的好处。

附图说明

图1为消谐装置原理图；

图2为PT励磁特性曲线；

图3为空载母线单相接地时的母线电压；

图4为ZnO单元伏安特性；

图5为未安装一次消谐装置的弧光接地过电压；

图6为安装一次消谐装置后的弧光接地过电压；

具体实施方式

一些特高压变电站的110kV侧为中性点不接地系统，若在母线上安装有Y₀接法的PT，则在一些运行方式下可能发生因铁芯电感的饱和特性引起的铁磁谐振过电压。在特高压系统应用之前，110kV系统为中性点接地系统，因而没有针对110kV系统的消谐方法和消谐装置(PT铁磁谐振只在110kV系统以下的中性点非直接接地系统发生)，也没有相应的消谐设计方法和标准。

发明针对特高压变电站110kV侧可能发生PT铁磁谐振的问题，提出了通过仿真计算确定铁磁谐振的可能性、设计消谐装置并仿真确定其参数的方法。利用该方法设计制造的一次消谐装置的消谐效果可从原理和仿真两方面获得验证。该方法计及变电站所有运行方式下产生的铁磁谐振的可能性，确保能有效抑制谐振产生的过电压。该方法也可用于中性点非直接接地系统。

具体的方法如下：

首先，在仿真软件中建立所研究特高压变电站的各设备电路模型，其中PT的电路模型包含其励磁特性。

由正常运行时PT的感抗值计算发生谐振时回路中的单相对地电容值。具体来说：

g)对应分频谐振；

h)对应基频谐振；

i)对应高频谐振；

当大于0.01或小于2.8时，会发生谐振；其次，确定可能发生铁磁谐振的运行方式，并采用合适的激发条件激发谐振，仿真获得谐振发生时的过电压和电流。

产生铁磁谐振，则采用在PT一次绕组中性点和地之间加装非线性电阻的方法来阻尼和消除谐振，如图1所示。非线性电阻由氧化锌电阻片组和碳化硅电阻片组串联而成，其中氧化锌电阻片组和碳化硅电阻片组里的电阻片数量由仿真确定(试验测量氧化锌电阻片和碳化硅电阻片的非线性伏安特性，建立非线性电阻模型)，仿真计算消谐装置安装前后谐振过电压的大小，确认消谐装置的有效性。

建立特高压变电站主变及110kV侧各设备电路模型。以某特高压变电站为例，其110kV侧母线的电气参数如表1所示。

表1110kV侧母线电气参数

	电感(mH/m)	电容(pF/m)
			汇流母线	1.20*10<sup>-3</sup>	9.276
分支母线	1.28*10<sup>-3</sup>	8.715
			126kVHGIS	1.89*10<sup>-4</sup>	58.846

由于计算PT谐振时，仅须考虑PT饱和引起的过电压和过电流，因此PT模型简化为三相能反映铁芯饱和励磁特性的非线性电感。根据制造厂家提供的参数，可以求出PT的励磁特性曲线，如图2所示。

计算要发生谐振，回路中的单相对地电容值须满足的条件。确定谐振发生时的运行方式及谐振区间(是分频、基频还是高频谐振)。

该PT的等值电感较大，正常运行时PT的感抗值约为7.85*10⁷Ω。按照前述计算方法，要发生谐振，回路中的单相对地电容值需满足：

分频谐振：579pF～4055pF；

基频谐振：74pF～579pF；

高频谐振：14pF～74pF。

考虑对地电容最小的情况，即切除所有GIS，只保留汇流母线，其长度约为57米，再加上变压器到母线的引线长度大约6米，回路的单相对地电容量为584pF，在分频谐振区间。

目前可能的典型运行方式下，计及母线和126HGIS，回路的单相对地电容值如表2所示。当采用第6种运行方式时，单相对地电容值超出谐振范围，其余几种运行方式单相对地电容值都在上述分频谐振范围内，可能发生分频谐振。

表2各运行方式下的单相对地电容值

运行方式	汇流母线长度/m	分支母线长度/m	126kVHGIS长度/m	单相对地电容/pF
					1	63	0	0	584
2	63	15	6	1068
					3	63	15	12	1421
4	63	69	6	1539
					5	63	69	36	3304
6	63	84	48	4141

采用合适的激发条件，仿真计算上述能发生谐振的运行方式下谐振产生的过电压(图3)，并判断谐振过电压是否超标，如表3所示。如谐振过电压超过标准，则考虑安装一次消谐装置。

表3不同运行方式下的谐振过电压/p.u.

方式1	方式2	方式3	方式4	方式5	方式6
						1.27	1.19	1.57	1.49	1.47	——

一次消谐装置为若干氧化锌和碳化硅电阻片串联而成的非线性电阻，安装在PT一次侧绕组中性点和地之间。其主要原理是利用氧化锌和碳化硅电阻片的非线性电阻特性来阻尼谐振。在仿真中以非线性电阻代表氧化锌和碳化硅电阻片，其伏安特性由实验获得(以氧化锌电阻片为例，其伏安特性如图4所示)。

仿真计算一定数量的氧化锌和碳化硅电阻片接入后，对谐振过电压的抑制效果，按照抑制谐振过电压的标准，确定氧化锌和碳化硅电阻片的数量(图5、图6分别为安装4片氧化锌电阻片和4片碳化硅电阻片串联而成的一次消谐装置前后，弧光接地过电压的计算结果)。仿真获得每片氧化锌和碳化硅电阻片上的电压和电流最大值，作为选择氧化锌和碳化硅电阻片的依据(如表4所示)。

表4电阻片上的电流和电压

按照仿真确定的电阻片参数和数量选择氧化锌和碳化硅电阻片，按照图1接线，将其制造成符合变电站现场安装标准的一次消谐装置，安装在PT一次侧绕组中性点和地之间。

Claims (2)

1.特高压变电站一次消谐装置，它包括由氧化锌电阻片组和碳化硅电阻片组组成的非线性电阻，非线性电阻安装在特高压变电站的电压互感器上，其特征在于：氧化锌电阻片组和碳化硅电阻片组串联连接在所述的电压互感器的一侧或者两侧，然后接地。

2.一种用于确定如权利要求1中所述的非线性电阻中氧化锌电阻片组和碳化硅电阻片组数量的方法，包含如下步骤：

1)、在仿真软件中建立所研究特高压变电站的各设备电路模型，其中PT的电路模型包含其励磁特性，

由正常运行时PT的感抗值计算发生谐振时回路中的单相对地电容值，具体来说：

a)对应分频谐振；

b)对应基频谐振；

c)对应高频谐振；

当大于0.01或小于2.8时，会发生谐振；

2)、确定可能发生铁磁谐振的运行方式，并采用合适的激发条件激发谐振，仿真获得谐振发生时的过电压和电流；

3)、根据第2)步铁磁谐振的运行方式安装氧化锌电阻片组和碳化硅电阻片组的数量，确定可能发生铁磁谐振的运行方式，并采用合适的激发条件激发谐振，仿真获得谐振发生时的过电压和电流。