淺談變電運行的安全性

淺談變電運行的安全性

1、次高壓設備為了保證能源系統(tǒng)的運營，必須監(jiān)控和測量能源設備的運行。但一般的測量和保護裝置不能直接接入一次高壓設備,而需要將一次系統(tǒng)的高電壓和大電流按比例變換成低電壓和小電流,供給測量儀表和保護裝置使用。執(zhí)行這些變換任務的設備,最常見的就是我們通常所說的互感器。進行電壓轉換的是電壓互感器,而進行電流轉換的互感器為電流互感器,簡稱為CT。2、電流傳感器工作原理2.1出入線二次摩擦比對電流系統(tǒng)二次織構的影響,可將其上升至充放電、在充放電的導線二次織用于電力系統(tǒng)中的電流互感器,其一次繞組通常是一次設備的進出導線,只有1匝或2匝,二次額定電流通常是1A或5A,故其二次匝數(shù)很多。例如,變比為1250/5的電流互感器,其一次繞組為1匝時,二次繞組為250匝。2.2電流整體模型誤差在具有鐵芯的電流互感器中,鐵芯中存在勵磁電流,勵磁阻抗一般為電抗性質,而二次負載一般為阻抗性質,因此在二次電動勢的作用下,I2與I1相位不同,幅值也不同。下面為電流互感器的等值回路及角誤差示意圖。忽略本身材料的影響,由上圖可知:1)當勵磁阻抗Zm不變時,二次阻抗越大,I0越大,電流互感器的比誤差越大。當阻抗不變時,Zm越小,電流互感器的比誤差越大。2)當電流互感器二次負載為純電阻(Zn=0)時,角誤差最大。當Z2為0時,即負載為純電感時,角誤差等于0。對電流互感器的誤差要求,一般為幅值誤差小于10%,角度誤差小于70°。2.3電流整體飽正常運行時,負載阻抗很小,因為電流互感器鐵芯磁通不飽和,勵磁阻抗Xm很大,因此,可忽略勵磁電流Im,一次和二次繞組磁勢平衡。當鐵芯磁通密度增大至飽和時,Zm會隨飽和的程度而大幅下降,此時Im已不可忽略,即I1與I2不再是線性比例關系。電流互感器飽和的原因有兩種:一是一次電流過大引起鐵芯磁通密度過大;二是二次負載過大,導致二次電壓增大,使得鐵芯磁通密度增大,鐵芯因此而飽和。飽和電流互感器有如下特點:1)其內(nèi)阻大大減小,極限情況下近似等于零。2)二次電流減小,且波形發(fā)生畸變,高次諧波分量很大。3)在一次故障電流波形過零點附近,飽和電流互感器恢復線性傳遞關系。4)一次系統(tǒng)故障瞬間,電流互感器不會馬上飽和,通常滯后3~5m/s。在通用規(guī)程中,規(guī)定運行中電流互感器二次不得開路。3、譜電阻器的飽和光譜電阻器對保護的影響3.1影響電流保護的因素3.1.1短路電流通過變式中:IJ——為流入繼電器的短路二次值Ip——為電流繼電器的定值根據(jù)上式可知,電流互感器飽和后,二次側等效動作電流IJ變小,可能會引起保護拒動,這一點在速斷保護中尤其顯著。10kV線路出口處短路電流一般很小,特別是遠離電源,系統(tǒng)阻抗較大時,但隨著系統(tǒng)規(guī)模擴大,10kV系統(tǒng)短路電流隨著變大,可以達到電流互感器一次額定電流的幾百倍,系統(tǒng)中原有的一些能正常運行的變比小的電流互感器就可能飽和。另一方面,短路故障是一個暫態(tài)過程,短路電流中含大量非同期分量,又進一步加速電流互感器飽和。當10kV線路短路時,由于電流互感器飽和,感應到二次側的電流會很小或接近于零,保護裝置拒動。故障由于母聯(lián)開關或主變低壓側開關切除,不但延長了故障時間,會使故障范圍擴大,影響供電可靠性,而且嚴重威脅運行設備安全。3.1.2電流為零時也會拒動根據(jù)前面分析,導致電流互感器飽和的兩種情況,可知電流互感器嚴重飽和時,一次電流全部轉化為勵磁電流。二次感應電流為零,則流過電流繼電器的電流也為零,保護裝置就會拒動。避免這種情況主要從兩點入手:1)在選擇電流互感器是,變比不能選得太小,要考慮線路短路時電流互感器飽和問題。一般10kV線路保護電流互感器變比最好大于300/5。2)盡量減小電流互感器二次負載阻抗,盡量避免保護和計量共用電流互感器,縮短二次電纜長度及加大二次電纜截面積。10kV線路保護,測控合一的產(chǎn)品,可在開關室就地安裝,這樣能有效減小二次回路阻抗,防止電流互感器飽和。3.2影響牧草差動的保護3.2.1次側電流差動原理電力系統(tǒng)中的母線廣泛采用電流差動式保護,對電流互感器二次側電流瞬時值差動的原理,可方便地實現(xiàn)母線快速保護,然而在母線區(qū)外短路故障時,一般會出現(xiàn)電流互感器飽和現(xiàn)象,電流互感器飽和后不能正確傳變一次側電流,使二次側電流差動原理的基礎得到破壞,從而導致保護的誤動作。3.2.2差流35/s根據(jù)電流互感器飽和的特征,可知出現(xiàn)故障時,由于鐵芯中的磁通不能發(fā)生突變,電流互感器不能立即進入飽和區(qū),而是存在一個3~5m/s的線性傳遞區(qū)。當母線上發(fā)生故障時,母線電壓和出線電流將發(fā)生很大的變化,與此同時,在差動元件中出現(xiàn)差流,即工頻電壓或工頻電流的變化與差動元件中的差流是同時出現(xiàn)的。當母差保護區(qū)外發(fā)生故障某組電流互感器飽和時,母線電壓即各出線電流立即出現(xiàn)變化,但由于故障后,3~5m/s電流互感器磁路才會飽和,因此,差動元件中的差流比故障電壓和故障電流晚出現(xiàn)3~5m/s。在母線差動保護中,當工頻電流變化量或工頻電壓變化量與差動元件中的差流同時出現(xiàn)時,認定是區(qū)內(nèi)故障開放差動保護,而當工頻電流變化量或工頻電壓變化量比差動元件中差流出現(xiàn)早時,則認為差動元件中的差流是區(qū)外故障時電流互感器飽和產(chǎn)生的,立即將差動保護閉鎖,差流正常后延時返回。3.3影響壓力保護的影響3.3.1可靠性重視不夠所用變壓器是一種比較特殊的設備容量較小但可靠性要求非常高,而且安裝位置特殊,一般接在10kV或35kV母線上,其高壓側短路電流等于系統(tǒng)短路電流,低壓側出口短路電流也較大。一直對所用變壓器保護的可靠性重視不夠,這將對所用變壓器直至整個10kV系統(tǒng)的安全運行造成很大威脅。傳統(tǒng)的所用變壓器使用熔斷器保護,其安全可靠性較高,但隨著系統(tǒng)短路容量的增大,以及綜合自動化的要求提高,這種方式滿足不了要求?，F(xiàn)在新建或改造變電所,特別是綜合自動化所,大多配置所用變壓器開關柜,保護配置也和10kV線路相似,而往往忽視了保護用電流互感器飽和問題。由于所用變壓器容量小,一次額定電流較小,保護計量共用電流互感器,為了保證計量的準確性,設計時電流互感器變比很小,有的地方甚至選擇10/5。這樣一來,當所用變壓器故障時,電流互感器將嚴重飽和,感應到的二次電流幾乎為零,使所用變壓器保護拒動。3.3.2保護用電流東北部和電流變壓器解決所用變壓器保護拒動問題,應從合理配置保護入手,其電流互感器的選擇要考慮所用變壓器故障時的飽和問題;同時,計量用電流互感器一定要與保護用電流互感器分開,保護用電流互感器裝設在高壓側,以保證對所用變壓器的保護,計量用電流互感器裝設在所用變壓器低壓側,以保證計量的精度;在定值整定方面,電流速斷保護可按所用變壓器低壓出口短路電流進行整定,過負荷按所用變壓器容量整定。4、次極性端的安裝電流互感器繞組的布置要把握兩個原則,一是要防止出現(xiàn)保護死區(qū),二是要躲過互感器易發(fā)生故障的部分,為防止死區(qū),一般要求各種保護的保護范圍之家要有交叉,同時有求電流互感器一次側極性端必須安裝在母線側。這是因為互感器二次繞組的排列是以互感器一次極性端為參考的。如果一次極性端放置錯誤,那么盡管在二次繞組的分配上考慮到交叉問題,仍然會出現(xiàn)保護范圍的死區(qū)。另外,由于互感器底部最容易發(fā)生故障,而母線保護動作停電范圍太大,因此一般有注意母線保護要盡量躲開互感器底部?？梢钥闯?母線差動保護與兩套線路保護均有重疊區(qū)域,任一套線路保護退出運行均不會產(chǎn)生死區(qū)。5、電流傳感器的連接地點5.1接地校核運行中電流互感器的一次接地點有外殼接地和電流互感器末屏接地,下面分別說明其接地的作用。外殼接地:防止外殼處于電場中,感應一定電壓,破壞外部絕緣,威脅人身安全,所以必須將外殼接地,《十八項反措》規(guī)定其接地應有兩根與主接地網(wǎng)不同干線的連接,且需滿足熱穩(wěn)定校核的要求。末屏接地:電流互感器的主絕緣是十多層油紙電容,相當于十多層電容串聯(lián)而成,最外一層電容為末屏層。末屏接地時,一次對地電壓均勻分布在各層之間;若末屏不接地,使末屏對地變成絕緣,由于交流電路的集膚效應,高電場主要移向靠近表面的絕緣層上,在最外層產(chǎn)生高電壓,最高可達幾萬伏。由于小套管上絕緣距離短,在幾萬伏電壓長時間作用,使絕緣擊穿,使電流互感器爆裂。5.2電流整體接地保護安全電流互感器的二次回路必須且只能有一點接地,一般在端子箱經(jīng)端子排接地。但對于有幾組電流互感器連接在一起的保護裝置,如母差保護、主變差動保護等,則應在保護屏上經(jīng)端子排接地。電流互感器二次回路必須有一點接地是為了人身和二次設備的安全。若二次回路沒有接地點,接在電流互感器一次側的高電壓,將通過互感器的一、二次繞組間的分布電容和二次回路的對地電容形成電壓,將高電壓引入二次回路。如果二次回路有接地點,則二次回路電容被短接,分到二次回路的高壓側電壓為零,從而達到保護安全的目的。電流互感器二次回路只能一點接地。在電流互感器二次回路中,如果正好在繼電器電流線圈的兩側都有