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根据电磁场理论中的“镜像法”原理,考虑大地影响后,每相的对地电容为: 其中,H1、H2、H3及H12、H23、H31为各导线与镜像导线之间的距离,DjP为三相导线之间的几何均距。对于水平布置方式,如线间距离为D,则DjP=1.26 D。RD为导线的等值半径,对于双分裂导线,,R为每根导线的计算半径,SjP为分裂导线的几何均距。 计算中将槽形导线按截面面积等效为直径Φ=113 mm的圆形母线,相应数据带入上式,分别计算各段母线对地电容,结果为:CA=2.096 9×10-3μF,CB=2.072 8×10-3μF,CC=2.161 1×10-3μF,在工频状态下,三相对地容抗为:XA0=1.52MΩ,XB0=1.54 MΩ,XC0=1.47 MΩ。 2.2.2 35 kV母线PT励磁电抗及电感计算 该站使用的35 kV母线PT为JDJJ2-35 W2型电磁式电压互感器,变比为35kV0.1kV//0.1kV/,该型互感器的伏安特性如表2。
取U=69.3V时的数据并折合到高压侧,计算空载励磁电抗及电感量: 2.2.3 谐振类型的确定 在上式中由于受提供的测量数据所限,XmA不是额定线电压100 V下的励磁电抗值,从PT铁芯的饱和特性可知,在额定线电压100 V下的励磁电抗值将小于在69.3 V下的励磁电抗值,因此XA0/XmA的比值会大于0.06,对照图2,该比值处于分频谐振范围内。 在谐振状态下测得开口三角电压为73 V,它与工频电压叠加的结果使得三相对地电压的有效值同时升高至Ux: 实际测量三相对地电压,A、C相为25 kV,B相为27 k V,与上述计算结果基本一致。在空合母线时录取波形见图4。
2.3 谐振的危害 如果发生的是分频谐振,其特征是过电压并不高,但流过电压互感器绕组的电流很大,可达30~50倍,所以常常使电压互感器因过热而爆炸。 这次谐振虽未造成对变电站设备及电网安全运行的严重危害,但直接影响了整个沧西站的按时启动,进而影响了500 k V工程的进度。同时为了研究和解决问题花费了大量的人力和物力,更换电压互感器也造成了一定的经济损失。 2.4 谐振的解决 在谐振发生后通过将35 kV母线电磁式电压互感器更换为电容式电压互感器,解决了铁磁谐振的问题。 电容式电压互感器对地呈现容性,从根本上失去了谐振的基础。这样就不会再发生因扰动使励磁电流突然增大而发生饱和的现象,从而防止了铁磁谐振现象的发生。 电容式电压互感器除具有电磁式电压互感器的作用外,还可以兼做耦合电容器,与电力系统载波机相连,做高频载波通道使用。由于电容式电压互感器的冲击强度高、造价比电磁式电压互感器低,又能有效的的防止变电站母线对地电容与变电站母线PT之间的铁磁谐振现象。所以,目前电容式电压互感器已广泛应用在220 kV及以上的电力系统中,以取代电磁式电压互感器。
3 其它限制铁磁谐振的方法 其他防止谐振的措施还有: a.给母线充电时采用线路及母线一并充电的方式。 b.给母线充电前先切除PT充电后再投入PT,停母线时先切除PT再拉开开关。 c.采用先进的消谐装置,如消谐器。 d.操作中注意监视母线电压,如电压过高则立即改变方式,合上或拉开引起谐振的开关。 e.在电磁式电压互感器的开口三角形中,加装R≤0.4Xm(Xm为互感器在线电压下单相换算到辅助绕组的励磁电抗),或当中性点位移电压超过一定值时,以零序过电压继电器将电阻投入1 min,然后再自动切除。 4 结论 变电站母线电磁式电压互感器与母线对地电容之间在开关分合闸、瞬时接地等电网扰动情况下,构成串联谐振电路,引起铁磁谐振的发生;谐振与母线电容大小,开关分合闸时相位,PT铁芯的V-A特性差异等因素有关;从而引发分频、基频、高频谐波谐振,造成电压升高,电流增大等现象,对电力设备的安全稳定运行造成极大危害。因此在一定条件下应考虑采用电容式电压互感器,并在操作中做好防止电压互感器发生铁磁谐振的措施,当谐振发生时应立即采取相应措施,消除谐振。
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,即电流幅值小于正确接线时的电流,且流入三相三线电能表两电流线圈的电流大小相等,相位相
反。