田勝利-城軌交通供電系統(tǒng)PT安全應用技術-2011

城軌交通供電系統(tǒng)PT安全應用技術

田勝利

教授級高級工程師

2011年11月1、技術背景2、電力行業(yè)PT故障原因匯總3、供電系統(tǒng)過電壓分類及原因4、鐵磁諧振可能性分析5、系統(tǒng)單相接地及分析6、供電系統(tǒng)中性點接地方式7、電壓互感器參數(shù)的正確選取8、故障引起的反思目錄1、題目背景2010年-2011年國內(nèi)數(shù)個城市地鐵先后發(fā)生十幾臺PT燒損，導致供電系統(tǒng)變電所母線故障，造成區(qū)域供電中斷，給行車安全造成重大隱患。行業(yè)內(nèi)PT直接掛接母線PT故障后果：1）母線短路，差動不動作2）過流動作，時間長3）影響整個區(qū)域供電安全1、題目背景

母線PT故障可歸結(jié)的原因：壓互低壓側(cè)匝間和相間短路時，激磁電流迅速增大，燒壞互感器。當發(fā)生單相接地時，壓互一次側(cè)非故障相對地電壓為正常電壓值的根號3倍。壓互鐵芯很快飽和，線圈的感抗會迅速減小，勵磁電流猛增，電流波形畸變，若無有效的防范措施，將直接導致PT炸裂。諧波導致PT鐵磁諧振：諧波諧振，破壞絕緣，最后導致PT炸裂。系統(tǒng)參數(shù)組合不利時引起鐵磁諧振：由于電力網(wǎng)絡中含有電容性和電感性參數(shù)的元件，在參數(shù)組合不利時引起鐵磁諧振。過電壓倍數(shù)可達2.5倍以上，造成電氣設備絕緣擊穿，燒毀設備事故。流過電壓互感器一次繞組的零序電流增大，長時間運行時，該零序電流產(chǎn)生的熱效應將使電壓互感器的絕緣損壞、炸裂;

系統(tǒng)中存在非線性的振蕩(弧光接地過電壓)，加劇電壓互感器的損壞進程;

電壓互感器自身的散熱條件較差。

2、PT故障原因分析地鐵供電系統(tǒng)PT故障后的不同觀點：1）系統(tǒng)過電壓 操作過電壓、弧光過電壓、諧振過電壓

2）設備本身原因 絕緣擊穿→溫度巨變→膨脹爆炸2、PT故障原因分析3、供電系統(tǒng)過電壓分類及原因

直擊雷過電壓雷電過電壓感應雷過電壓侵入雷電波過電壓長線電容效應工頻過電壓不對稱接地故障過電壓甩負荷暫時過電壓線性諧振消弧線圈補償網(wǎng)絡的線性諧振傳遞過電壓諧振過電壓鐵磁諧振線路斷線

電磁式電壓互感器飽和內(nèi)部參數(shù)諧振發(fā)電機同步或異步自勵磁開斷電容器組過電壓操作電容負荷過電壓開斷空載長線過電壓關合（重合）空載長線過電壓開斷空載變壓器過電壓操作過電壓操作電感負荷過電壓開斷并聯(lián)電抗器過電壓開斷高壓電動機過電壓解列過電壓

間歇電弧過電壓4、鐵磁諧振可能性分析4.1鐵磁諧振理論

電力網(wǎng)中發(fā)生不同頻率的諧振，與系統(tǒng)中導線對地分布電容的容抗Xc0，和電壓互感器并聯(lián)運行的綜合電感的感抗Xm，兩者的比值Xc0/Xm有直接關系。

1）鐵磁諧振的分類：根據(jù)H.A.Peterson激磁電感諧振原理，鐵磁諧振分為：分頻、高頻、基頻。4、鐵磁諧振可能性分析1）鐵磁諧振的分類（1）分頻諧振

當比值Xc0/Xm較?。ㄔ?.01～0.1范圍內(nèi)）時發(fā)生分頻諧振的概率較大。電容和電感在振蕩時能量交換所需的時間較長，振蕩頻率較低，表現(xiàn)為：過電壓倍數(shù)較低，一般不超過2.5倍相電壓；三相電壓表的指示數(shù)值同時升高，并周期性擺動，線電壓正常。（2）基頻諧振

當比值Xc0／Xm接近于1時，發(fā)生基頻諧振的概率大。其表現(xiàn)為：三相電壓表中指示數(shù)值為兩相升高、一相降低，線電壓正常；過電流很大，往往導致電壓互感器熔絲熔斷，嚴重時甚至會燒壞互感器；過電壓不超過3.2倍相電壓，伴有接地信號指示，稱為虛幻接地現(xiàn)象。（3）高頻諧振

當比值Xc0/Xm較大（在0.8～3范圍內(nèi)）時發(fā)生高頻諧振的概率大。發(fā)生高頻諧振時線路的對地電容較小，振蕩時能量交換較快。表現(xiàn)為過電壓倍數(shù)較高；三相電壓表的指示數(shù)值同時升高，最大值可達到4～5倍相電壓，線電壓基本正常；諧振時過電流較小。2）鐵磁諧振的激發(fā)條件（1）電壓互感器的突然投入；（2）線路發(fā)生單相接地；（3）系統(tǒng)運行方式的突然改變或電氣設備的投切；（4）系統(tǒng)負荷發(fā)生較大的波動；（5）電網(wǎng)頻率的波動；（6）負荷的不平衡變化等。3）一般性結(jié)論（1）當Xc0/Xm≤0.01或Xc0/Xm>3時，系統(tǒng)一般不會發(fā)生鐵磁諧振。（2）在不同的諧振區(qū)域，諧振的外施觸發(fā)電壓是不同的。（3）分頻諧振區(qū)諧振外施電壓為最低，在正常額定電壓下系統(tǒng)稍有波動就可觸發(fā)諧振。（4）高頻諧振區(qū)的諧振外施電壓最高。（5）在同一諧振區(qū)域內(nèi)不同的Xc0/Xm比值下，諧振的最低外施觸發(fā)電壓（臨界值）也是不