由非線性電感(鐵心線圈)和線性電容組成的迴路,當外施電壓發生變化時,由於電感的變化而產生的諧振,這種現象成為鐵磁諧振。
傳統的電壓互感器容易與電網發生鐵磁諧振,鐵磁諧振產生的過電流和過電壓會損壞電磁單元零部件,影響產品效能,怎樣才能簡單可靠有效地消除鐵磁諧振是電網目前面臨解決的難題,設計一種本身呈容性的電磁式電壓互感器勢在必行。
電力系統發生鐵磁諧振情況
1 發生鐵磁諧振機理
a)電壓互感器鐵芯勵磁特性為非線性,與電網的分佈或雜散電容在一定條件下可形成鐵磁諧振。通常電壓互感器的感抗大於電網的容抗。當電網正常操作或某種暫態過程會使鐵芯飽和,此過程電壓互感器的感抗降低,當與電網的容抗相等時,將出現鐵磁諧振。
b)諧振的諧振頻率:諧振頻率由電網電容值而定,可為工頻和較高或較低的諧波。鐵磁諧振產生的過電流和或高電壓都會造成PT的損壞,特別是低頻諧振時,電壓互感器的勵磁阻抗大為降低而導致鐵芯深度飽和。更易引發鐵磁諧振。
c)發生鐵磁諧振情況:電網本身存在電容(線路對地的分佈電容),輸變電裝置---斷路器的斷口有並聯電容,變壓器和電壓互感器本身是一個感性元件。在電力系統正常執行時,需要斷路器正常動作,當切合線路(尤其是切合空載母線)時,會出現操作過電壓,在此過電壓下,電壓互感器工作點移動,使PT的鐵芯趨於飽和,電感變化,當電網的感抗
與電網容抗恰好相匹配時,發生電磁諧振,產生過電壓燒燬PT。
2 諧振分類
a)並聯諧振又稱電流諧振,電路圖如下:
b)串聯諧振又稱電壓諧振,電路圖如下:
3 電網中消除鐵磁諧振方法
a)加裝避雷器來限制過電壓;
b)在電壓互感器一次、二次側加裝熔斷器;
c)在電壓互感器中性點加裝消諧器(電子型、電感型、電容型等,在使用中都有出現過誤動作的情況)。
d)用CVT(但CVT存在有低頻諧振、誤差受溫度及頻率影響的缺點)。
電壓互感器本身呈容性設計要點
電磁式電壓互感器設計能使產品本身是容性負載,消除了與系統發生電磁諧振的可能性,依靠以下設計特點來實現。
1 合理選擇鐵心的磁密。
2 選擇合理的鐵心結構和疊片方式。
3 繞組的特殊設計—增加繞組的雜散電容和寄生電容
a)層間絕緣材料的選擇—選擇介電常數大的材料;
b)合理選擇繞組的徑向和軸向尺寸比例;
c)一次繞組採用階梯式排列。
舉例
1 鐵芯的磁密
例:220kV產品:Bm=0.4237T.
可見:電網過電壓在(1.0~3.62)倍額定電壓內,電壓互感器鐵芯工作線上性段。電壓互感器的感抗基本不變,因而不會出現與電網的容抗相等的可能性,從根本上切斷了鐵磁諧振的條件。
2 產品呈容性
當電壓<2UH時,電壓互感器的負載性質呈容性。
3 與電網的模擬諧振試驗
電網中以切合空載短母線(10M)和開關的並聯電容時,電網電容為最大,作為模擬諧振試驗的引數。與電壓互感器作實際的模擬諧振試驗。
試驗結果證明:在開關切合多次時,會出現操作過電壓,電網不會與呈容性的電壓互感器引發鐵磁諧振,電流和電壓波形無畸變
結論
要徹底解決諧振過電壓,最根本的方法是電壓互感器本身呈容性,切除了發生諧振的必要條件。這樣,能充分發揮電壓互感器的優點
由非線性電感(鐵心線圈)和線性電容組成的迴路,當外施電壓發生變化時,由於電感的變化而產生的諧振,這種現象成為鐵磁諧振。
傳統的電壓互感器容易與電網發生鐵磁諧振,鐵磁諧振產生的過電流和過電壓會損壞電磁單元零部件,影響產品效能,怎樣才能簡單可靠有效地消除鐵磁諧振是電網目前面臨解決的難題,設計一種本身呈容性的電磁式電壓互感器勢在必行。
電力系統發生鐵磁諧振情況
1 發生鐵磁諧振機理
a)電壓互感器鐵芯勵磁特性為非線性,與電網的分佈或雜散電容在一定條件下可形成鐵磁諧振。通常電壓互感器的感抗大於電網的容抗。當電網正常操作或某種暫態過程會使鐵芯飽和,此過程電壓互感器的感抗降低,當與電網的容抗相等時,將出現鐵磁諧振。
b)諧振的諧振頻率:諧振頻率由電網電容值而定,可為工頻和較高或較低的諧波。鐵磁諧振產生的過電流和或高電壓都會造成PT的損壞,特別是低頻諧振時,電壓互感器的勵磁阻抗大為降低而導致鐵芯深度飽和。更易引發鐵磁諧振。
c)發生鐵磁諧振情況:電網本身存在電容(線路對地的分佈電容),輸變電裝置---斷路器的斷口有並聯電容,變壓器和電壓互感器本身是一個感性元件。在電力系統正常執行時,需要斷路器正常動作,當切合線路(尤其是切合空載母線)時,會出現操作過電壓,在此過電壓下,電壓互感器工作點移動,使PT的鐵芯趨於飽和,電感變化,當電網的感抗
與電網容抗恰好相匹配時,發生電磁諧振,產生過電壓燒燬PT。
2 諧振分類
a)並聯諧振又稱電流諧振,電路圖如下:
b)串聯諧振又稱電壓諧振,電路圖如下:
3 電網中消除鐵磁諧振方法
a)加裝避雷器來限制過電壓;
b)在電壓互感器一次、二次側加裝熔斷器;
c)在電壓互感器中性點加裝消諧器(電子型、電感型、電容型等,在使用中都有出現過誤動作的情況)。
d)用CVT(但CVT存在有低頻諧振、誤差受溫度及頻率影響的缺點)。
電壓互感器本身呈容性設計要點
電磁式電壓互感器設計能使產品本身是容性負載,消除了與系統發生電磁諧振的可能性,依靠以下設計特點來實現。
1 合理選擇鐵心的磁密。
2 選擇合理的鐵心結構和疊片方式。
3 繞組的特殊設計—增加繞組的雜散電容和寄生電容
a)層間絕緣材料的選擇—選擇介電常數大的材料;
b)合理選擇繞組的徑向和軸向尺寸比例;
c)一次繞組採用階梯式排列。
舉例
1 鐵芯的磁密
例:220kV產品:Bm=0.4237T.
可見:電網過電壓在(1.0~3.62)倍額定電壓內,電壓互感器鐵芯工作線上性段。電壓互感器的感抗基本不變,因而不會出現與電網的容抗相等的可能性,從根本上切斷了鐵磁諧振的條件。
2 產品呈容性
當電壓<2UH時,電壓互感器的負載性質呈容性。
3 與電網的模擬諧振試驗
電網中以切合空載短母線(10M)和開關的並聯電容時,電網電容為最大,作為模擬諧振試驗的引數。與電壓互感器作實際的模擬諧振試驗。
試驗結果證明:在開關切合多次時,會出現操作過電壓,電網不會與呈容性的電壓互感器引發鐵磁諧振,電流和電壓波形無畸變
結論
要徹底解決諧振過電壓,最根本的方法是電壓互感器本身呈容性,切除了發生諧振的必要條件。這樣,能充分發揮電壓互感器的優點