WXZ196型微机消谐装置原理分析及应用

WXZ196型微机消谐装置原理分析及应用摘要：铁磁谐振现象影响电力系统的安全运行是一个亟待解决的问题。谐振发生时所产生过电压，严重威胁着电厂高压配电系统的安全。微机消谐装置是专用于消除铁磁谐振的的智能化装置，能自动监测并消除多种频率的谐振过电压，在水电厂应用广泛。本文重点分析了PT产生谐振过电压的原因及对WXZ196型微机消谐装置进行了消谐原理、功能和应用介绍。关键词：消谐装置；铁磁谐振；厂用电系统0引言官地电厂厂用电系统为中性点不接地系统，由七段厂用母线及其二次设备组成，每段母线上均装有一个手车式母线PT柜，用于电压测量及为二次保护、自动装置提供交流电压量。在PT开口三角形处装设有一台微机消谐装置，用于实时监测谐振电压并在线消除铁磁谐振。当发生系统故障而产生PT铁磁谐振时，谐振过电压可能持续时间长，甚至可能长期存在。在分频谐振时，一般过电压并不高，但是PT的一次电流大，易使PT过热而熔断高压一次保险；基波和倍频谐振时，一般电流不大，但是过电压很高，常使设备绝缘损坏，造成PT烧毁甚至爆炸的恶性事故，严重威胁着电厂高压配电系统的安全运行。为消除铁磁谐振现象对厂用电系统的影响，官地电厂目前采用的是WXZ196型微机消谐装置，该装置是新型智能化电力谐振消除装置，使用简单方便，无需维护，能迅速地消除多种频率的铁磁谐振，准确率高，在水电厂应用比较广泛。1WXZ196型微机消谐原理1.1PT产生铁磁谐振过电压的原因厂用电系统中由非线性感性元件和容性元件组成的振荡回路在系统正常运行时，PT开口三角的零序电压3U0为0V，波动范围一般不会超过10V，是不会产生谐振的。但当系统发生扰动时，常见如倒闸操作合空载母线，大负荷自动投切，母线单相接地故障、弧光短路保护动作等，都可能使厂用电系统母线电压出现不平衡现象，使单相或多相的对地电压瞬间升高，三相对地电压不对称，从而导致中性点发生偏移而产生零序过电压。同时PT在过电压下会产生很大的谐波电流，导致内部铁芯饱和，电感逐渐降低，使二次侧的波形发生畸变。当畸变足够大时，就会使振荡回路产生铁磁谐振。它不仅可在基频下发生，也可在高频和低频下发生。1.2铁磁谐振消除原理当铁磁谐振产生时，由于非线性铁磁元件的饱和效应限制了过电压的幅值，振荡回路的损耗也会使谐振过电压减小。但谐振过电压会从PT高压侧吸收很大的能量，产生很强的过电流，为保护PT不被损毁，需要立即对谐振进行消除。对于消谐装置而言，可以实时监测PT开口三角的电压，并自动计算出零序电压在不同频率的电压分量。一般情况下，系统中只有不平衡电流引起的弱电势作用，消谐装置不会动作，当有接地等故障发生时或由于一次设备的某些影响发生扰动时，在开口三角形电感中就会产生较高的电势，此感应为暂态过程，如感应暂态电势过高，即会发生铁磁谐振。此时消谐装置的压敏元件迅速投入，该元件的电抗随谐波电压而变化，从而破坏PT铁磁谐振的产生条件。达到了实时在线消除瞬态谐振的目的。如铁磁谐振不能被压敏元件完全消除，则装置会瞬间分三段式启动大功率消谐元件。投入很大的阻尼，分流电压降，使电感电压迅速下降，离开谐振点。如果一段消谐过程结束后谐振未完全消除，则经过一定时钟延时后启动第二段消谐过程，若谐振仍未完全消除，则经过时钟延时后启动第三段。之后如谐振故障依然存在，则为了PT安全的考虑，不再启动消谐元件，只用压敏元件予以在线消除，直至完全消除铁磁谐振。2WXZ196型微机消谐装置的功能和特点WXZ196型微机消谐装置装置采用软硬件冗余设计，以单片微控制器（ATmega128）为核心CPU，具有逻辑运算判断精度高，控制输出速度快的特点，自带“看门狗”（Watchdog）电路，自检、自恢复和抗干扰能力强。经大功率无触头消谐元件为出口，可以实时监测并区分4种PT开口三角电压频率：3分频（17Hz）、2分频（25Hz）、工频（50Hz）、3倍频（150Hz）的电压分量。故障发生时，通过装置内部设定的过压判据、谐振判据、接地判据逻辑，可以准确分析判断出外部过电压、铁磁谐振及单相接地等故障。通过光电信号隔离，启动告警信号继电器，接通告警回路，可以快速给出告警信号并显示、打印和保存有关信息。通过配置的压敏消谐元件，可以对铁磁谐振进行实时在线消除。其原理方框图如图1所示：装置适用于配电网中各种电压等级的PT，并最多可监测四段母线。通过配置的通信接口（RS485）还可以把各种故障信息上传至计算机监控系统用于远程控制，方便运行、检修人员及时发现设备故障。同时装置具有记忆功能，可存储10次最近发生的故障信息，掉电后不丢失。3WXZ196型微机消谐装置的应用介绍统计官地电厂2012年投产以来消谐装置动作情况，其中瞬间接地故障原因引起装置动作10次，开关跳闸原因引起装置动作3次，装置本身故障原因引起装置动作2次。设备动作灵敏性及可靠性较高。其中2次装置本身故障报警信号均由厂用电母线消谐装置发出。故障现象为监控系统上报某段母线消谐装置报警动作/复归信号，现场检查该母线PT上消谐装置接地、过压、谐振、异常指示灯均点亮，液晶屏无显示。经检修人员确认该缺陷产生原因为消谐装置内部插件故障。在更换为同型号的、校验合格的消谐装置后，装置异常告警信号复归。4结语官地电厂厂用电系统的稳定运行及故障报警、分析、诊断、隔离等，离不开保护及自动装置的保驾护航，WXZ196型微机消谐装置的应用就是典型的说明。介于铁磁谐振现象在厂用电系统中时有发生，电厂还应有针对性制定好相应的检修计划，做好消谐装置的定期维护和消缺，确保装置动作正确可靠。参考文献[1]WXZ196系列微机消谐装置说明书[M].太原：太原合创自动化有限公司.[2]谢旭.电磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压浅探[J].农村电工.2005（5）.作者简介：王洵（1984-），男，本科学士，电气工程及其自动化专业，工程师，主要从事水电站运行管理工作。