CN203942275U - 一种35kV中性点不接地配电网铁磁谐振抑制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种35kV中性点不接地配电网铁磁谐振抑制装置，包括连接于A、B、C三相线上的主变压器T和电压互感器PT，主变压器T的中性点串联开关K1和高电阻R1接地，电压互感器PT的一次侧中性点通过常闭开关K2和电阻R2接地。发生铁磁谐振后，在系统中性点立即接入高电阻R1，使系统中性点经高阻接地，并在铁磁谐振消失后迅速切除该电阻，中性点恢复不接地运行，同时PT一次侧中性点经非线性电阻接地。本实用新型可有效抑制三相不同期合闸、三相分闸以及单相接地故障消失所激发的铁磁谐振。

Description

一种35kV中性点不接地配电网铁磁谐振抑制装置

技术领域

本实用新型涉及配电网铁磁谐振抑制的领域，具体是一种35kV中性点不接地配电网铁磁谐振抑制装置。

背景技术

35kV供电系统作为电力网的末端直接向用户供电，其运行安全至关重要。在中性点不直接接地系统中，为了使电力监视装置在系统发生接地时得到报警信号，通常将母线上的电压互感器（简称PT）中性点接地。如果没有采取适当措施，当发生合空载母线、单相瞬时性接地故障消失或者系统负荷剧烈变化时，PT励磁电感的非线性特性与系统对地电容形成参数匹配，将会引发铁磁谐振现象，造成系统过电压和PT中的过电流，导致瓷绝缘闪络、避雷器爆炸、PT高压熔断丝熔断等，甚至烧毁PT，严重影响了系统的安全运行。

近几十年来，国内外专家对此做了大量的研究和试验分析，提出了很多防护措施。大致可分为两类：一是改变参数，破坏产生谐振的条件；二是接入阻尼电阻，增大回路的阻尼效应，具体包括：

①   母线上装设中性点接地的三相星形电容器组

这种方法是根据Peterson对谐振区域的研究提出的，当增大各相对地电容C₀，使X _C0 / X _T ＜0.01（其中，X _C0为线路每相对地分布电容的容抗值，X _T为PT并联运行PT单相绕组在额定线电压作用下的综合电感的感抗值），可防止谐振。

②   PT高压侧中性点串联单相PT（也称4PT方式）

在PT高压侧中性点串单相PT的方案由四台单相PT组成，其中三台为主PT，一次侧接成星形，其中性点通过一台零序PT接地，主PT的二次开口三角绕组短接，零序PT的二次侧接零序电压继电器。

③   系统中性点经消弧线圈接地

系统中性点经消弧线圈接地的方法相当于在PT每一相励磁电感上并联一个消弧线圈的电感。消弧线圈及消弧电抗器除了对瞬间单相接地电弧的熄灭有帮助之外，由于他们都并接在零序回路中，由于其电感值L₀与PT等效零序电感相比小得多，差几个数量级，相当于将PT等效零序电感短路，所以就不会再发生参数匹配引起谐振了。采用这一措施虽然投资大，但完全可以消除因PT饱和引起的铁磁谐振。

④   PT高压侧中性点串线性电阻

PT高压侧中性点串入的电阻等价于每相对地串接电阻，能起到消耗能量，阻尼和抑制谐振的作用，还能限制PT中的电流，特别是限制断续弧光接地时流过PT的高幅值过电流，相应地亦能减小每相PT上的电压，亦就相当于改善它的伏安特性，但串入电阻R不能太大，也不能太小，否则单相接地时开口三角电压太低，影响接地指示灵敏度及保护装置的正确动作，一般要求R>0.06 X_T。

⑤   PT开口三角绕组接阻尼电阻（R_△）

电阻(R_△)相当于接在电源变压器的中性点上，或者看成接至PT高压侧(Y₀)结线的绕组上，而这一电阻只有在电网有零序电压时才出现，正常运行时零序电压绕组所接的R_△不会消耗能量。R_△越小，在PT励磁电感L上并联的电阻越小，当R_△小于一定值时，网络三相对地参数基本上由等值电阻决定。这时，由电压互感器饱和引起的电感减小，但不会明显产生电源中性点位移电压。当R_△=0，即将开口三角形绕组短接，则PT三相电感值就变成漏感，其数值三相相等，PT饱和过电压也就不存在了。

但是，以上几种消协措施在仿真计算和实际应用中都存在不同的问题。研究人员在35kV配网的母线上投入0.2                                                ～10的电容器组，发现在线路某处的单相接地故障消失后，仍然会引起不同频率的铁磁谐振，可见方法①并不能有效抑制铁磁谐振过电压，Peterson得出的使X _C0 / X _T ＜0.01即可防止谐振的方法并不完全适用；方法②也只能在系统对地电容小于0.01时有效，适用范围太小；方法③在对地电容电流小于10A时，要补偿其电容电流要求消弧线圈的电感值非常大，从工程角度考虑并不现实，而较小的电感值容易造成过补偿，所以规程不推荐使用；方法④在铁磁谐振产生时其PT一次侧上接的电阻会吸收几千焦至十几千焦的能量，对线性电阻的热容量要求非常高，很可能会将其烧坏；方法⑤在消协过程中会在PT开口三角电阻流过一个高达数百安培的电流，容易烧坏电阻器，且采用该方法时，PT一次侧电流暂态过程较长，影响PT安全运行。

发明内容

针对现有技术中的不足，本实用新型的目的是提供一种35kV中性点不接地配电网铁磁谐振抑制装置，可有效抑制铁磁谐振发生。

为了实现上述目的本实用新型采用的技术方案是：系统发生铁磁谐振后，在系统中性点立即接入高电阻，使系统中性点经电阻接地，并在铁磁谐振消失后迅速切除该电阻，中性点恢复不接地运行，同时PT一次侧中性点经非线性电阻接地。具体为本实用新型装置，包括连接于A、B、C三相线上的主变压器T和电压互感器PT，所述电压互感器PT的二次开口三角连接有控制箱，所述主变压器T的中性点串联开关K1和电阻R1接地，所述电压互感器PT的一次侧中性点通过常闭开关K2串联电阻R2接地。

采用本实用新型装置进行配电网铁磁谐振抑制能获得的有益技术效果是：能够有效抑制三相不同期合闸、三相分闸以及单相接地故障消失所激发的铁磁谐振。且电路结构简单，易于安装和实现，不改变现有的线路结构，成本低廉。

附图说明

图1为本实用新型装置的结构原理图；

图2为实施例2的中性点电压和三相电压仿真结果图；

图3为实施例2的PT一次侧电流仿真结果图；

图4为实施例3的中性点电压和三相电压仿真结果图；

图5为实施例3的PT一次侧电流仿真结果图；

图6为实施例4的中性点电压和三相电压仿真结果图；

图7为实施例4的PT一次侧电流仿真结果图；

图8为实施例5的中性点电压和三相电压仿真结果图；

图9为实施例5的PT一次侧电流仿真结果图。

具体实施方式

下面结合附图做进一步说明。

实施例1：参见图1，本实用新型包括连接于A、B、C三相线上的主变压器T和电磁式电压互感器PT（它们的连接均为本领域熟知的常规方式），所述电磁式电压互感器PT的二次开口三角连接有控制箱，主变压器T的中性点串联开关K1和电阻R1接地，所述电磁式电压互感器PT的一次侧中性点连接常闭开关K2的一端，常闭开关K2的另一端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接地。

A、B、C为三相母线， R1为2.5kΩ的高阻，通过开关K1连在变压器中性点上，R2为氧化锌压敏非线性电阻，通过常闭开关K2连在电磁式电压互感器PT一次侧中性点上，电磁式电压互感器PT开口三角上的控制箱中包括铁磁谐振过电压检测装置和开关K1控制系统。如果系统因合空载线路或单相接地故障消失等原因激发铁磁谐振故障，控制箱中的铁磁谐振控制装置可快速检测发现，检测装置确定系统发生铁磁谐振后，发出高电平数字信号至三极管基极、三极管射极串接电磁继电器，三极管导通后，继电器随之动作，即开关K1闭合，此时，系统中性点经高阻接地结合PT一次侧经非线性电阻接地来抑制并消除铁磁谐振，当该检测装置确认系统铁磁谐振已被消除，检测装置发出低平数字信号至三极管基极，三极管截止，继电器断开，即开关 K1断开，系统中性点恢复不接地运行。

下面对本实用新型的消谐装置进行效果验证。

实施例2：根据相关规程规定，对于35kV配电系统，仅当其对地电容电流小于10A，系统中性点才能采用不接地方式运行。当时，根据公式可计算得到，因此，对地电容电流小于10A的35kV配电网，其单相对地电容均小于0.53μF。设35kV配电系统的单相对地电容为0.53μF，并设置断路器不同期合闸，A、B、C三相合闸时间分别为0.01s、0.013s、0.016s，采用本实用新型消谐装置后，系统中性点电压和三相电压及PT一次侧电流仿真结果如图2及图3所示。

实施例3：改变系统单相对地电容值为0.1μF，采用实施例2的方式进行仿真实验，仿真结果如图4及图5所示。

由图2～图5可知，三相不同期合闸时，中性点电压及三相电压均未发生铁磁谐振现象，时，PT一次侧电流最大为19.5mA，且仅出现一次，其余时间均为正常，时，PT一次侧电流未出现异常。因此，本实用新型可以有效抑制因三相不同期合闸所激发的铁磁谐振。

实施例4：设35kV系统的单相对地电容为0.53μF，并设断路器在0.02s同时断开，模拟分闸情况，采用实施例2的方式进行仿真实验，仿真结果如图6及图7所示。

由图6、图7可知，中性点电压及三相电压均未发生铁磁谐振现象，PT一次侧电流最大为16.5mA，且经一个工频周期便恢复正常。在C₀为0.4μF、0.3μF、0.2μF、0.1μF时，依次仿真三相分闸时的母线电压和PT一次侧电流，均未出现谐振现象，说明本实用新型可有效抑制三相分闸引发的铁磁谐振。

实施例5：设35kV系统的单相对地电容为0.53μF，并于0.02s在线路A相末端设置一个金属性单相接地故障，0.03s故障消失，PT一次侧中性点经非线性电阻接地，同时，系统中性点在发生铁磁谐振后短时接入2.5kΩ高阻，采用实施例2的方式进行仿真实验，仿真结果如图8及图9所示。

由图8、图9可知，母线三相电压在单相接地时刻产了一个冲击过电压，为2.12p.u.，故障消失后的第一个工频周期，系统中性点电压和母线三相电压就已经开始稳定在额定值；PT一次侧电流在故障消失后经过0.07s的暂态过程后便恢复正常，暂态过程中，电流幅值最大为120mA。

实施例6：当系统对地电容不同时，A相接地故障在0.03s消失，分析本实用新型对铁磁谐振的抑制效果，仿真结果如表1所示。

 表1

由表1可知，系统单相对地电容在0.1μF至0.53μF变化，单相接地故障在电压峰值时消失，在该消谐装置作用下，母线三相过电压在故障消失经一个工频周期后完全恢复正常，PT一次侧电流在暂态过程中最大值随系统对地电容减小而减小，且其暂态过渡时间均只有0.07s。可见，该消谐装置对由单相接地故障引发的铁磁谐振有非常好的抑制效果。

综上，对于中性点不接地的35kV配电网，本实用新型消谐装置可以有效抑制三相不同期合闸、三相分闸、单相断线以及单相接地故障消失所激发的铁磁谐振。

Claims (5)

1. 一种35kV中性点不接地配电网铁磁谐振抑制装置，包括连接于A、B、C三相母线上的主变压器T和电压互感器PT，所述电压互感器PT的二次开口三角连接有控制箱，其特征在于：所述主变压器T的中性点串联开关K1和电阻R1接地，所述电压互感器PT的一次侧中性点通过常闭开关K2串联电阻R2接地。

2.根据权利要求1所述一种35kV中性点不接地配电网铁磁谐振抑制装置，其特征在于：所述电阻R2为非线性电阻。

3.根据权利要求2所述一种35kV中性点不接地配电网铁磁谐振抑制装置，其特征在于：所述电阻R2为氧化锌压敏非线性电阻。

4.根据权利要求1、2或3所述一种35kV中性点不接地配电网铁磁谐振抑制装置，其特征在于：所述电阻R1的阻值为2.5kΩ。

5.根据权利要求1、2或3所述一种35kV中性点不接地配电网铁磁谐振抑制装置，其特征在于：所述开关K1采用继电器。