消谐器功能

110（6）～35kV中性点不接地电网中Y0接线电磁式电压互感器（简称PT）中性点用消谐电阻器及附件的作用原理1、概述10（6）~35kV电网是电力系统数量最多的配电网，在城市的电网建设初期以及向农村供电的配电网，中性点大都不接地。这种中性点不接地方式的主要优点是：当电网发生单相接地故障时，故障路线可以继续运行，供电可靠性高。不像中性点直接接地或经小电阻接地系统，发生单相接地会立即断开故障线路。中性点不接地方式主要缺点是：过电压水平较高，不能及时判断故障线路等。好在这种电网电压不高，增加设备绝缘的费用占设备整体费用比重不大，故我国的绝大部分配电网都采用中性点不接地或经消弧线圈接地。因为电网中性点不接地，就没有固定中性点及三相电位，则相对地电压不稳定。请注意，这里是指三相对地电压，即相电压，不是线电压。中性点不接地电网的三相线电压仍是十分稳定，线电压是受电源电势的控制，只随负荷大小，变压器分接开关调整稍有变化。而相电压则变化很大。当一相金属性接地时，接地相电压为零，健全相电压升到原来的3倍（稳定值）。若三相对地电容不对称（如局部断线），则中性点电位会偏移。若发生谐振，则中性点电位有可能偏移出线电压三角形的外面。但是金属性单相接地时，电网是不会发生压变铁磁谐振的，因为接地相电位已经固定在地电位，健全相电压为线电压所固定，线电压是不会因谐振而改变的。故接地时，三相电压都有各自的固定值。只有当接地消失后才会激发起压变铁磁谐振，谐振会导致三相相对地的电压高低变化，频率也呈多样性。为什么这里要反复说明这种认识，因为有一些现场人员总认为电网在接地时烧毁PT是谐振原因造成的。所以要反复说明，电网接地时是不会产生谐振的（不包括断线接地），中性点不接地电网产生铁磁谐振除了PT饱和原因还有其他原因，例如：线路断线，断线相对地电容与配电变压器会产生铁磁谐振，这里我们重点介绍Y0接线PT电感引起的铁磁谐振以及PT中性点用非线性电阻LXQⅢ型消谐电阻器的消谐原理及其特点。2、中性点不接地电网中Y0接线PT引起铁磁谐振的简单机理中性点不接地电网含有PT的简单三相对地电路如图1所示，中性点不接地的配电网中有主变和众多的配变，三相之间有很多金属通道，但三相对地的金属通道只有Y0接线PT，可见在电网的零序系统中，PT的电抗起主要作用。2图1含有PT的简单三相对地电路图1中EaEbEc为三相对称电势，C0为相对地电容。La、Lb、Lc为PT励磁电感，U0为中性点对地电压。用戴维南定理简化图1电路，先断开PT回路（虚线所示），由于三相C0相等，三相电势对称，U0=0，故端部电压仍为EaEbEc。而内阻为3C0，图1三相电路图的等值电路为图2。图2PT谐振的等值电路图从图2等值图可以明显看出是LC串联谐振回路。等值的3C0在零序回路中，故只会在零序回路内产生谐振。当La=Lb=Lc时，U0=0，三相对称属于电网正常运行。当发生突然合闸、单相接地消失等激发条件时，使得某一相或两相PT中励磁电流急剧增大，铁芯饱和，三相电感不等，即La≠Lb≠Lc，就出现一定幅值的零序电压U0有了U0后三相PT中产生零序电流i0，经3C成回路。当PT中流过零序电流i，PT所反应的阻抗为零序阻抗，设L0为PT三图3零序电压作用相并联的等值零序电抗，R0为PT三相下PT谐振等值电路并联的等值电阻。图2等值电路的谐振电路简化为图3。3当3C0在某一频率下，参数匹配恰当，即发生谐振。谐振的频率随C0的大小（即线路的长短），依次发生高次（2、3次）、基波、分次（1/2、1/3次）谐振。也有相互叠加产生的，如基波含有分次的谐振等。发生谐振时，三相对地电压忽大忽小。通过PT的电流远大于励磁电流，PT铁芯发出嗡嗡响声，时间稍长，就有可能因电流大过热而烧坏了PT。压变饱和谐振时，过电压幅值并不是很高，一般不会使其他设备绝缘受损（除非其他设备绝缘已经有严重缺陷）。当然PT烧坏时，若有电弧也会危及其他设备，将事故扩大，此类事故也曾有报道。3、消除PT谐振的方法在电力行标DL/T620-1997“交流电气装置的过电压保护和绝缘配合”中提出了限制PT铁磁谐振的措施有：1）选用励磁特性饱和点较高的电磁式电压互感器。这一条要求PT铁芯截面加大，PT成本提高，互感器厂家不会考虑，除非电力用户特别定制。2）减少同一系统中电压互感器中性点接地数量，除电源侧电压互感器高压绕组中性点接地外，其他电压互感器中性点尽可能不接地。这一条由电网运行所决定，只要有一组Y0接线的PT都可能产生谐振。这里也要反复说明V形接线PT是不会因谐振而损坏的。若V形接线的PT损坏，则不要找谐振原因。3）个别情况下，在10kV及以下母线上装设中性点接地的星形接线电容组或用一段电缆代替架空线路以减少Xco。使Xco＜0.01Xm（xco=1/ωC0，xm=ωLm）。这一条更不现实。为了消谐增加一路出线，且电容器也不是很可靠的设备，它的事故发生率比电网发生谐振还高。4）在互感器开口三角形绕组装设R△≤0.4（Xm/K132）的电阻（K13为互感器一次绕组与开口三角绕组的变比）或装设其它专门消除此类铁磁谐振的装置。5）10kV及以下互感器高压绕组中性点经Rpn≥0.06Xm.（容量大于600W）的电阻接地。前三项都不是现实的方案，后两项是采用电阻阻尼的方案。只是电阻进入谐振回路的方式不同，第四项是并联进入，第五项是串联进入。3.1谐振回路串入阻尼电阻的作用在图3的等值电路中R0′是PT本身的电阻。理论计算及试验发现当给定PT的励磁曲线及电源电压Em确定时，外接一个电阻R，当外接电阻R与PT本身电阻R0′之和R0=（R0′+R）大于某一个临界值时，在一切电容值下均不发生谐振。为了便于工程应用，设PT磁化曲线为PT在额定电压Ux=3U下的交流电抗Xm=ωLm。临界值R0的值与ωLm值有关，R0/ωLm≥0.035时，不会发生基波谐振，当R0/ωLm≥0.056时，不会发生分频谐振。为方便计算，标准提出的第五项方案中，PT中性点串入的电阻Rpn≥0.06Xm（即ωLm），PT就不会发生谐振。从阻尼的效果来看，串入电阻R0是越大越阻尼。串入式的阻尼电阻是“长接式”，即不管PT是否谐振，电阻总是串入在零序回路中。3.2谐振回路并入阻尼电阻的作用4阻尼电阻R0也可以通过并入的方法进入谐振回路。即通过PT剩余电压绕组开口三角两端，并入一个电阻r，此电阻通过电磁耦合到PT一次绕组侧为R1。如图4所示。R1=K132r，K13为PT一次绕组与开口三角绕组间的变比。R1是与PT电抗相并联，可以将并联R1与X1等值为串联的R2与X2，如图5所示。作者推算它们之间的关系为R2=R1·X1/（R1+X1）、X2=X1·R1/（R1+X1）。从关系式中可以看出，R1在分母是平方，故R2与R1成反比，即要串联回路的电图4阻尼电阻并联入PT谐振回路阻R2大，则要求并联回路的电阻R1小。因此，连接在PT开口三角两端的电阻r越小阻尼效果越好。故标准提出的第四项方案，R△≤0.4（Xm/K13）。市场上的微电脑消谐器的原理，就是采用检测到发生谐振讯号后，短路PT开口三角两端（此时电阻最小）来消除PT引起的谐振。并入式阻尼电阻是“短接式”，即PT不谐振，电阻不接入，当认为发生谐振时，短路接入。图5电阻与电抗并联电路可等值为串联电路4、比较两种消谐方式的优缺点4.1PT饱和引起的铁磁谐振，无论串联（一次侧）方式还是并联（二次侧）方式，都能有效消除谐振。但是中性点不接地的电网发生铁磁谐振，不只是PT饱和所致，还有其他原因也会引起谐振，较为常见的还有线路断线引起的谐振。这种谐振与PT无关。如果此种情况下产生的谐振，采用并联方式，即长期短路PT开口三角两端，则很快将PT烧毁。而串联在一次绕组中的消谐电阻，能减小通过PT的电流，因而保护PT少受烧坏。大量的运行经验也证明这一点。目前市场上的微电脑消谐器是不能分辨是否是PT饱和引起的谐振还是其他原因引起的谐振。只有能分辨谐振不是PT引起的微电脑消谐器才能克服这种并联电阻方式所带来的缺点。4.2中性点不接地电网在接地消失时，常常有最高幅值达数安培的工频半波涌流通过PT。这是电网对地电容聚集的电荷通过PT一次绕组充放电所形成的过渡过程。如果保护PT的高压熔断器为0.5A，有可能将0.5A熔断器熔丝熔断。这也是在电网中常见的一种异常现象。采用PT一次绕组串入消谐电阻后，这种涌流被有效抑制，高压熔丝不再因为接地消失产生的涌流而熔断。而开口三角两端并入电阻，只会增加涌流，不会减少涌流。这是并联电阻方式消谐器不具有的功能。54.3PT一次绕组中性点串入消谐器电阻后会增加PT二次侧三次谐波电压。这是因为PT一次绕组的励磁电流中含有一定的三次谐波分量。三相对称系统中，三次谐波电流是零序方向，即三个PT中的三次谐波电流是同一个方向，都流过PT一次绕组中性点与地之间的消谐电阻器，必然在消谐电阻上产生三次谐波电压。此电压反映在开口三角两端，会使得开口三角两端电压升高（约5~10V）。在开口三角两端并联电阻的方式不会发生此现象。这种增加三次谐波电压的缺点，本公司通过在开三角两端加装一个附件，很好地解决了这一难题，且附件还能提供其他有用的功能。4.4PT一次绕组的尾端（X端）绝缘为低压等级时，当流过串联的消谐电阻电流较大时，例如雷击时，有可能损坏低压等级PT的X端绝缘。并联在开口三角的两端的消谐电阻，不存在此问题。本公司生产的带“D”型的电阻型消谐器，解决了此类难题，且很好地应用在35kV电压等级PT，因为35kV电压等级的PT的尾部大都是弱绝缘的，多年的运行经验证明是有效的。5、LXQⅢ型及LXQ（D）Ⅲ型消谐电阻及其附件的特点5.1LXQⅢ型及LXQ（D）Ⅲ型消谐电阻器是串联在PT一次绕组中性点回路的阻尼电阻。根据串联消谐电阻值Rp≥0.06Xm的要求。本公司按下列方法配制阻尼电阻值：以我国大多数PT在额定线电压下的励磁电流Im在10mA（峰值/2）左右为基值，所配非线性电阻的基准阻值为10mA（峰值/2）电流时，电阻上压降≥6%PT的额定电压。以LXQⅢ-10型消谐电阻器为例，该电阻在10mA（峰值/2）时的电压值为800~1000V（见产品说明书附表1电阻器交流电气参数）。如果电阻器所配PT的Im为10mA，则LXQⅢ-10型电阻器的电阻值在10mA时是所配PTXm的（8~10）%，符合R≥6%Xm的要求。因为PT的励磁特性是非线性的,LXQ型电阻器的电阻也是非线性。电阻型的非线性系数稍大于PT励磁特性非线性系数，故的所有励磁电流下的阻值都符合要求。5.2对于一次绕组X端为低绝缘PT，LXQ（D）Ⅲ型采用部分电阻并联放电间隙的方法，即较大冲击电流（如雷击时）通过电阻时，放电间隙短接部分电阻，使电阻上的电压不危及PT的X端低绝缘。冲击电流过后，电阻自动恢复高阻状态。因此一次绕组X端为低绝缘PT，请选LXQ（D）Ⅲ型消谐电阻器，该型号中（D）代表X端为低压绝缘PT。电力行标消谐措施中第五项，只提到10kV及以下电压等级PT，是因为10kV以上PT的X端绝缘都是低绝缘，故担心此方法损坏PTX端的绝缘。其实10kVPT也有X端为低绝缘的，LXQ（D）Ⅲ型采用部分电阻并联放电间隙后，已不再发生雷击时损坏X端低绝缘的PT事件。（以前曾在云南昆明发生一次雷击35kVPT的X端低绝缘损坏事例。）5.3由于PT一次绕组励磁电流中会有一定量的三次谐波电流，以及三相PT的励磁特性有差别，则会在PT开口三角两端产生一定的基波电压及三次谐波电压，造成开口三角电压升高。如三次谐波电压及不平衡基波电压足够大时将造成PT中性点偏移，三相电压不平衡以及开口三角电压太高等现象。LXQ-F型电压限6制及短路报警器是安装在PT开口三角两端的附件，它起限制PT开三角因一次绕组安装消谐电阻器所产生的附加电压，限压装置是采用一个合适的低阻值电阻。在电网正常运行时，让三次谐波电流及不平衡基波电流流过低阻值电阻构成的零序回路。可以将开口三角两端电压降低到原值的十分之一以下（小于1V），当电网因其它