一種35kV中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)鐵磁諧振抑制裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種35kV中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)鐵磁諧振抑制裝置，包括連接于A、B、C三相線上的主變壓器T和電壓互感器PT，主變壓器T的中性點(diǎn)串聯(lián)開關(guān)K1和高電阻R1接地，電壓互感器PT的一次側(cè)中性點(diǎn)通過常閉開關(guān)K2和電阻R2接地。發(fā)生鐵磁諧振后，在系統(tǒng)中性點(diǎn)立即接入高電阻R1，使系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地，并在鐵磁諧振消失后迅速切除該電阻，中性點(diǎn)恢復(fù)不接地運(yùn)行，同時(shí)PT一次側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)非線性電阻接地。本實(shí)用新型可有效抑制三相不同期合閘、三相分閘以及單相接地故障消失所激發(fā)的鐵磁諧振。
【專利說明】—種35kV中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)鐵磁諧振抑制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及配電網(wǎng)鐵磁諧振抑制的領(lǐng)域，具體是一種35kV中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)鐵磁諧振抑制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]35kV供電系統(tǒng)作為電力網(wǎng)的末端直接向用戶供電，其運(yùn)行安全至關(guān)重要。在中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)中，為了使電力監(jiān)視裝置在系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí)得到報(bào)警信號(hào)，通常將母線上的電壓互感器(簡稱PT)中性點(diǎn)接地。如果沒有采取適當(dāng)措施，當(dāng)發(fā)生合空載母線、單相瞬時(shí)性接地故障消失或者系統(tǒng)負(fù)荷劇烈變化時(shí)，PT勵(lì)磁電感的非線性特性與系統(tǒng)對地電容形成參數(shù)匹配，將會(huì)引發(fā)鐵磁諧振現(xiàn)象，造成系統(tǒng)過電壓和PT中的過電流，導(dǎo)致瓷絕緣閃絡(luò)、避雷器爆炸、PT高壓熔斷絲熔斷等，甚至燒毀PT，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
[0003]近幾十年來，國內(nèi)外專家對此做了大量的研究和試驗(yàn)分析，提出了很多防護(hù)措施。大致可分為兩類:一是改變參數(shù)，破壞產(chǎn)生諧振的條件；二是接入阻尼電阻，增大回路的阻尼效應(yīng),具體包括:
[0004]①母線上裝設(shè)中性點(diǎn)接地的三相星形電容器組
[0005]這種方法是根據(jù)Peterson對諧振區(qū)域的研究提出的，當(dāng)增大各相對地電容Cci,使X CO / X T < 0.01 (其中，X CO為線路每相對地分布電容的容抗值，X τ為PT并聯(lián)運(yùn)行PT單相繞組在額定線電壓作用下的綜合電感的感抗值)，可防止諧振。
[0006]②PT高壓側(cè)中性點(diǎn)串聯(lián)單相PT (也稱4ΡΤ方式)
[0007]在PT高壓側(cè)中性點(diǎn)串單相PT的方案由四臺(tái)單相PT組成，其中三臺(tái)為主PT，一次側(cè)接成星形，其中性點(diǎn)通過一臺(tái)零序PT接地，主PT的二次開口三角繞組短接，零序PT的二次側(cè)接零序電壓繼電器。
[0008]③系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地
[0009]系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的方法相當(dāng)于在PT每一相勵(lì)磁電感上并聯(lián)一個(gè)消弧線圈的電感。消弧線圈及消弧電抗器除了對瞬間單相接地電弧的熄滅有幫助之外，由于他們都并接在零序回路中，由于其電感值Ltl與PT等效零序電感相比小得多，差幾個(gè)數(shù)量級，相當(dāng)于將PT等效零序電感短路，所以就不會(huì)再發(fā)生參數(shù)匹配引起諧振了。采用這一措施雖然投資大，但完全可以消除因PT飽和引起的鐵磁諧振。
[0010]④PT高壓側(cè)中性點(diǎn)串線性電阻
[0011]PT高壓側(cè)中性點(diǎn)串入的電阻等價(jià)于每相對地串接電阻，能起到消耗能量，阻尼和抑制諧振的作用，還能限制PT中的電流，特別是限制斷續(xù)弧光接地時(shí)流過PT的高幅值過電流，相應(yīng)地亦能減小每相PT上的電壓，亦就相當(dāng)于改善它的伏安特性，但串入電阻R不能太大，也不能太小，否則單相接地時(shí)開口三角電壓太低，影響接地指示靈敏度及保護(hù)裝置的正確動(dòng)作，一般要求R>0.06 Xt。
[0012]⑤PT開口三角繞組接阻尼電阻(Ra)
[0013]電阻(Ra)相當(dāng)于接在電源變壓器的中性點(diǎn)上，或者看成接至PT高壓側(cè)(Ytl)結(jié)線的繞組上，而這一電阻只有在電網(wǎng)有零序電壓時(shí)才出現(xiàn)，正常運(yùn)行時(shí)零序電壓繞組所接的Ra不會(huì)消耗能量。Ra越小，在PT勵(lì)磁電感L上并聯(lián)的電阻越小，當(dāng)Ra小于一定值時(shí)，網(wǎng)絡(luò)三相對地參數(shù)基本上由等值電阻決定。這時(shí)，由電壓互感器飽和引起的電感減小，但不會(huì)明顯產(chǎn)生電源中性點(diǎn)位移電壓。當(dāng)R△ =O，即將開口三角形繞組短接，則PT三相電感值就變成漏感，其數(shù)值三相相等，PT飽和過電壓也就不存在了。
[0014]但是，以上幾種消協(xié)措施在仿真計(jì)算和實(shí)際應(yīng)用中都存在不同的問題。研究人員在35kV配網(wǎng)的母線上投入0.2 #?10 βΡ的電容器組，發(fā)現(xiàn)在線路某處的單相接地故障消失后，仍然會(huì)引起不同頻率的鐵磁諧振，可見方法①并不能有效抑制鐵磁諧振過電壓，Peterson得出的使Xai / Xt < 0.01即可防止諧振的方法并不完全適用；方法②也只能在系統(tǒng)對地電容小于0.01 MF時(shí)有效，適用范圍太?。环椒á墼趯Φ仉娙蓦娏餍∮?A時(shí)，要補(bǔ)償其電容電流要求消弧線圈的電感值非常大，從工程角度考慮并不現(xiàn)實(shí)，而較小的電感值容易造成過補(bǔ)償，所以規(guī)程不推薦使用；方法④在鐵磁諧振產(chǎn)生時(shí)其PT —次側(cè)上接的電阻會(huì)吸收幾千焦至十幾千焦的能量，對線性電阻的熱容量要求非常高，很可能會(huì)將其燒壞；方法⑤在消協(xié)過程中會(huì)在PT開口三角電阻流過一個(gè)高達(dá)數(shù)百安培的電流，容易燒壞電阻器，且采用該方法時(shí)，PT 一次側(cè)電流暫態(tài)過程較長，影響PT安全運(yùn)行。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0015]針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種35kV中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)鐵磁諧振抑制裝置，可有效抑制鐵磁諧振發(fā)生。
[0016]為了實(shí)現(xiàn)上述目的本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振后，在系統(tǒng)中性點(diǎn)立即接入高電阻，使系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地，并在鐵磁諧振消失后迅速切除該電阻，中性點(diǎn)恢復(fù)不接地運(yùn)行，同時(shí)PT —次側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)非線性電阻接地。具體為本實(shí)用新型裝置，包括連接于A、B、C三相線上的主變壓器T和電壓互感器PT，所述電壓互感器PT的二次開口三角連接有控制箱，所述主變壓器T的中性點(diǎn)串聯(lián)開關(guān)Kl和電阻Rl接地，所述電壓互感器PT的一次側(cè)中性點(diǎn)通過常閉開關(guān)K2串聯(lián)電阻R2接地。
[0017]采用本實(shí)用新型裝置進(jìn)行配電網(wǎng)鐵磁諧振抑制能獲得的有益技術(shù)效果是:能夠有效抑制三相不同期合閘、三相分閘以及單相接地故障消失所激發(fā)的鐵磁諧振。且電路結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝和實(shí)現(xiàn)，不改變現(xiàn)有的線路結(jié)構(gòu)，成本低廉。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0019]圖2為實(shí)施例2的中性點(diǎn)電壓和三相電壓仿真結(jié)果圖；
[0020]圖3為實(shí)施例2的PT —次側(cè)電流仿真結(jié)果圖；
[0021]圖4為實(shí)施例3的中性點(diǎn)電壓和三相電壓仿真結(jié)果圖；
[0022]圖5為實(shí)施例3的PT —次側(cè)電流仿真結(jié)果圖；
[0023]圖6為實(shí)施例4的中性點(diǎn)電壓和三相電壓仿真結(jié)果圖；
[0024]圖7為實(shí)施例4的PT —次側(cè)電流仿真結(jié)果圖；
[0025]圖8為實(shí)施例5的中性點(diǎn)電壓和三相電壓仿真結(jié)果圖；
[0026]圖9為實(shí)施例5的PT —次側(cè)電流仿真結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖做進(jìn)一步說明。
[0028]實(shí)施例1:參見圖1，本實(shí)用新型包括連接于A、B、C三相線上的主變壓器T和電磁式電壓互感器PT (它們的連接均為本領(lǐng)域熟知的常規(guī)方式)，所述電磁式電壓互感器PT的二次開口三角連接有控制箱，主變壓器T的中性點(diǎn)串聯(lián)開關(guān)Kl和電阻Rl接地，所述電磁式電壓互感器PT的一次側(cè)中性點(diǎn)連接常閉開關(guān)K2的一端，常閉開關(guān)K2的另一端與電阻R2的一端連接，電阻R2的另一端接地。
[0029]A、B、C為三相母線，Rl為2.5kQ的高阻，通過開關(guān)Kl連在變壓器中性點(diǎn)上，R2為氧化鋅壓敏非線性電阻，通過常閉開關(guān)K2連在電磁式電壓互感器PT —次側(cè)中性點(diǎn)上，電磁式電壓互感器PT開口三角上的控制箱中包括鐵磁諧振過電壓檢測裝置和開關(guān)Kl控制系統(tǒng)。如果系統(tǒng)因合空載線路或單相接地故障消失等原因激發(fā)鐵磁諧振故障，控制箱中的鐵磁諧振控制裝置可快速檢測發(fā)現(xiàn)，檢測裝置確定系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振后，發(fā)出高電平數(shù)字信號(hào)至三極管基極、三極管射極串接電磁繼電器，三極管導(dǎo)通后，繼電器隨之動(dòng)作，即開關(guān)Kl閉合，此時(shí)，系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地結(jié)合PT —次側(cè)經(jīng)非線性電阻接地來抑制并消除鐵磁諧振，當(dāng)該檢測裝置確認(rèn)系統(tǒng)鐵磁諧振已被消除，檢測裝置發(fā)出低平數(shù)字信號(hào)至三極管基極，三極管截止，繼電器斷開，即開關(guān)Ki斷開，系統(tǒng)中性點(diǎn)恢復(fù)不接地運(yùn)行。
[0030]下面對本實(shí)用新型的消諧裝置進(jìn)行效果驗(yàn)證。
[0031]實(shí)施例2:根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)定，對于35kV配電系統(tǒng)，僅當(dāng)其對地電容電流小于10A，系統(tǒng)中性點(diǎn)才能采用不接地方式運(yùn)行。當(dāng)4 = 103時(shí)，根據(jù)公式4 =可計(jì)算得到C^ = 0.53/iF ,因此，對地電容電流小于1A的35kV配電網(wǎng)，其單相對地電容均小于
0.53 μ Fo設(shè)35kV配電系統(tǒng)的單相對地電容為0.53 μ F，并設(shè)置斷路器不同期合閘，Α、B、C三相合閘時(shí)間分別為0.0ls,0.013s,0.016s，采用本實(shí)用新型消諧裝置后，系統(tǒng)中性點(diǎn)電壓和三相電壓及PT —次側(cè)電流仿真結(jié)果如圖2及圖3所示。
[0032]實(shí)施例3:改變系統(tǒng)單相對地電容值為0.1 μ F，采用實(shí)施例2的方式進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，仿真結(jié)果如圖4及圖5所示。
[0033]由圖2?圖5可知,三相不同期合閘時(shí)，中性點(diǎn)電壓及三相電壓均未發(fā)生鐵磁諧振現(xiàn)象，C0 = 0.53,“F時(shí)，PT 一次側(cè)電流最大為19.5mA，且僅出現(xiàn)一次，其余時(shí)間均為正常，
時(shí)，PT—次側(cè)電流未出現(xiàn)異常。因此，本實(shí)用新型可以有效抑制因三相不同期合閘所激發(fā)的鐵磁諧振。
[0034]實(shí)施例4:設(shè)35kV系統(tǒng)的單相對地電容為0.53 μ F，并設(shè)斷路器在0.02s同時(shí)斷開，模擬分閘情況，采用實(shí)施例2的方式進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，仿真結(jié)果如圖6及圖7所示。
[0035]由圖6、圖7可知，中性點(diǎn)電壓及三相電壓均未發(fā)生鐵磁諧振現(xiàn)象，PT 一次側(cè)電流最大為16.5mA,且經(jīng)一個(gè)工頻周期便恢復(fù)正常。在C。為0.4 μ F、0.3 μ F、0.2 μ F、0.1 μ F時(shí)，依次仿真三相分閘時(shí)的母線電壓和PT —次側(cè)電流，均未出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，說明本實(shí)用新型可有效抑制三相分閘引發(fā)的鐵磁諧振。
[0036]實(shí)施例5:設(shè)35kV系統(tǒng)的單相對地電容為0.53 μ F，并于0.02s在線路A相末端設(shè)置一個(gè)金屬性單相接地故障，0.03s故障消失，PT 一次側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)非線性電阻接地，同時(shí)，系統(tǒng)中性點(diǎn)在發(fā)生鐵磁諧振后短時(shí)接入2.5kΩ高阻，采用實(shí)施例2的方式進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，仿真結(jié)果如圖8及圖9所示。
[0037]由圖8、圖9可知，母線三相電壓在單相接地時(shí)刻產(chǎn)了一個(gè)沖擊過電壓，為2.12p.u.，故障消失后的第一個(gè)工頻周期，系統(tǒng)中性點(diǎn)電壓和母線三相電壓就已經(jīng)開始穩(wěn)定在額定值；PT —次側(cè)電流在故障消失后經(jīng)過0.07s的暫態(tài)過程后便恢復(fù)正常，暫態(tài)過程中，電流幅值最大為120mA。
[0038]實(shí)施例6:當(dāng)系統(tǒng)對地電容不同時(shí)，A相接地故障在0.03s消失，分析本實(shí)用新型對鐵磁諧振的抑制效果，仿真結(jié)果如表I所示。
[0039]表I
[0040]...........miSI^----?:■■■■■■—?,?Ι'ΙΙ?ρτ?pt
容Cj4*F 大電壓/ p.w大電Jl/p u lie/mA 3l_l]/s
0 I2.111.7310?0 07
0 22 11I 731110 0?
0-3 2J2 1-?3 lt3 0.W
QA 2.12 1.73 116 0.07
0.53_2J2_LB_IM_0 07
[0041]由表I可知，系統(tǒng)單相對地電容在0.1 μ F至0.53 μ F變化，單相接地故障在電壓峰值時(shí)消失，在該消諧裝置作用下，母線三相過電壓在故障消失經(jīng)一個(gè)工頻周期后完全恢復(fù)正常，PT 一次側(cè)電流在暫態(tài)過程中最大值隨系統(tǒng)對地電容減小而減小，且其暫態(tài)過渡時(shí)間均只有0.07s?？梢姡撓C裝置對由單相接地故障引發(fā)的鐵磁諧振有非常好的抑制效果O
[0042]綜上，對于中性點(diǎn)不接地的35kV配電網(wǎng)，本實(shí)用新型消諧裝置可以有效抑制三相不同期合閘、三相分閘、單相斷線以及單相接地故障消失所激發(fā)的鐵磁諧振。
【權(quán)利要求】
1.一種35kV中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)鐵磁諧振抑制裝置，包括連接于A、B、C三相母線上的主變壓器T和電壓互感器PT，所述電壓互感器PT的二次開口三角連接有控制箱，其特征在于:所述主變壓器T的中性點(diǎn)串聯(lián)開關(guān)Kl和電阻Rl接地，所述電壓互感器PT的一次側(cè)中性點(diǎn)通過常閉開關(guān)K2串聯(lián)電阻R2接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種35kV中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)鐵磁諧振抑制裝置，其特征在于:所述電阻R2為非線性電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種35kV中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)鐵磁諧振抑制裝置，其特征在于:所述電阻R2為氧化鋅壓敏非線性電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述一種35kV中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)鐵磁諧振抑制裝置，其特征在于:所述電阻Rl的阻值為2.5kQ。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述一種35kV中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)鐵磁諧振抑制裝置，其特征在于:所述開關(guān)Kl采用繼電器。
【文檔編號(hào)】H02H9/04GK203942275SQ201420348952
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】劉渝根, 王建南, 馬晉佩, 米宏偉, 駱仁意 申請人:重慶大學(xué)