220kV变电站运行操作过程中的过电压分析与防范 |
| 2012-11-05 16:20 作者：陶莉芳 来源：硅谷网 关注： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网11月5日文】据《硅谷》杂志2012年第16期刊文称，在220KV变电站中经常会出现过电压的现象，为解决这个问题对投切空载变压器和分合空载母线这两种操作进行探讨，通过对原理的分析，提出过电压和谐振过电压产生的原因，可以采用减少空载电流或者增大变压器的电容等来减少变电站在操作过程中出现的过电压现象，并提出具体的防范措施。
在220KV的变电站中从高到低包括22OKV、110KV、35KV、10KV、四个电压等级，在现在的电网建设中，已经将220KV的变电站投入到城区中使用，为城区提供电力的保障。在220KV的变电站的运行当中会出现过电压的现象，会突然出现电压升高或者电位差升高引起的电压不稳定，过电压又包括操作过电压和谐振过电压，这两种是在220KV变电站中最常见的过电压现象，会对工作人员以及设备造成很大的威胁，所以要对过电压进行安全防范措施的研究，保证变电站的安全可靠运行。
1空载变电器操作过电压
1.1原理分析
配电装置的经济运行是指在保证安全可靠运行及满足供电量需求的基础上，通过对变压器进行合理配置，对变压器的运行方式进行优化选择，对变压器负载实施经济调整，从而最大限度的降低变压器的电能损耗。变压器的经济运行以降低变压器的综合功率损耗为目标，即降低变压器运行中有功功率损耗与因无功功率损耗使其增加的有功功率损耗之和。保障变压器经济的基本要求包括：合理的选择变压器组合的容量和台数；优化选择变压器综合功率损耗最低的经济运行方式；合理调整变压器负载，在综合功率损耗最低的经济运行区间运行。
变电器的空载运行是指一次绕组接电源，二次绕组开路的状态。空载电流的产生就是指在变压器处于空载运行的状态时，一次绕组接通后产生的电流，又称为励磁电流。如果空载变压器被切除，在电流很小的情况下，断路器会由于游离的作用而发生熄弧的现象，也称为“截流”，当产生这种现象时就有可能在变压器上出现过电压的状况。
1.2防范措施
在变压器的运行当中截流现场会经常发生，是不可避免的一种现象，在断路器的影响下产生了过电压。根据理论上的推算，可以通过减少空载电流、变压器的绕组电感以及增加变压器的电容来减少过电压的发生，具体的操作如下：①改善铁芯。空载电流主要是由磁化电流和铁损电流组成的，所以通过改善铁芯能够引起空载电流的变化，磁化电流对磁通产生影响，而铁损电流的产生是由铁芯损耗引起的，所以变压器的铁芯是调节空载电流的关键部件，可以使用质量好的铁芯或者对铁芯的结构进行改进，能够减少空载电流的产生，比如用冷轧晶粒代替硅钢片，同时还要对变压器进行仔细的检修。②使用纠结式绕组。220KV的变压器使用的是芯片变压器，所以通过使用纠结式绕组可以提升变压器电容的容量，主要是因为在纠结式绕组上通过在变压器的线砸之间插入了绕组的另一线砸，就会增加绕组的电容，而且在线砸之间的电位差也会随之增大，当产生过电压式，在各个线砸之间就能够平均的分配电压。③用带关联的电阻开关。在变压器发生截流的时候，会将磁场转化为电能，电容的容量就会增加，如果采用了带关联的电阻开关将电阻并联就会使磁场的能量得到释放。主要操作就是在截流前将开关闭合，使与开关并联一起的电阻被短接；截流以后将开关断开，电势会在电感的作用下形成电流，就会将磁场能量不断的消弱。
表1220KV集里变1号主变有关参数
注：1号变型号为SFPSZ7-120000/220
1.3应用分析
现用220KV集里边1号为例，具体参数如下：通过计算得到变压器空载情况下的过电压，得到各个数值为：高压侧绕组X=58.2Ω，L=0.185H，电容C=0.000000029，截流过电压为Umax=260.26KV，在上面的数据电容没有对空载变压器起到任何影响，由于电容是与变压器并联的，所以要考虑到电容的作用，就会使变压器的阻抗值减小，当截流值不变时，过电压就会降低。此类变压器使用的是冷轧硅钢片，而且属于纠结式绕组，这样就可以使空载电流减少，电容增大，在其他数值不变的情况下，减少过电压。根据规定变压器的运行电压不能超过变压器额定电压的105%，当切除变压器的空载情况下，就会导致过电压的产生，但是由于过电压持续的时间短、而且能量小所以不能够对系统构成任何影响，一把在进行变压器维修后分合闸试验时就利用截流过电压去判断变压器上存在的绝缘弱点。
2母线系统谐振过电压
2.1原理分析
铁磁谐振主要是由于在变压器、互感器等上存在铁磁电感而产生的现象。当出现暂态或者进行分合闸的操作时就会引起铁芯的变化，出现饱和的状态就会引起谐振。铁磁电感的强弱取决于铁芯饱和的程度，属于非线性，而铁芯的饱和程度又取决于电压值，当三相绕组的电压幅值越高，铁芯越容易达到饱和。母线系统的铁磁谐振包括串联和并联的铁磁谐振。并联铁磁谐振主要发生在小电流接地系统中；串联铁磁谐振发生在大电流接地系统中。220KV变电站中包含了串联和并联铁磁谐振的接地系统形式，如果电感L的变化范围增大就会引起串联和并联铁磁谐振的产生过电压，出现过电压互感器可能出现声音上的异常、电压升高的现象，严重的会击穿系统的绝缘处将母线电压互感器烧毁。
2.2防范措施
母线系统的铁磁谐振的原因包括以下几种：电压互感器的质量不好，伏安特性不稳定，引起铁芯过于饱和；母线上的连接可能存在电缆线路；开关检修质量不达标等。因此从以下几个方面采取防范措施：①倒闸操作。首先要注意操作步骤，当母线不正常运行时，要将母线的隔离开关关闭，然后关闭母线的断路器；如果给母线送电时，就要将顺序颠倒。当电源提供母线电压时，要先将断路器闭合，然后在进行升压，等到完成升压后，先要将电压降到零位，然后关闭断路器。当母线出现情况引起差动保护的作用，就要先将断路器的隔开开关关闭，在采取相关措施。其次是改变运行方式，当在母线在进行倒闸操作的时候，当发生铁磁谐振时要改变接线方式，切断谐振回路电源，阻止谐振的继续发生。改变运行方式要确保Xc/Xl的比值不能在0.01-3的谐振区内。避免在谐振区内可以通过增加电容、增加空载变压器、插入电缆等方式来增加系统中的电容值。在消除谐振时可以装置消谐装置或者短接三角形绕组，这样就可以将分频谐振消除。最后在倒母线操作时，将母线断开后，要检查母线上是否还有电压，如果显示的电压值大于感应电压式，要断开母线开关，当母线断电时间较长后才出现母线谐振的现象，不能直接将母联开关闭合，要采用不带电源的器件来消除谐振。②技术设备。首先要掌握系统参数，对电容、励磁特性等都要进行准确的检查和计算，然后根据标准的数值判断是否在谐振的范围之内，通过不断的实践，控制断路器的电容在450PF下就不会产生铁磁谐振，当大于900PF时，一般情况下会发生谐振现象。其次要对设备进行改进，用电容式电压互感器就要可以避免铁磁谐振的发生，如果根据设备的需求选用电感式电压互感器，就要选择质量好、伏安特性高以及励磁感抗高的设备。同时还要对设备进行定期的检修，提高断路器的性能。最后采用避雷器保护的装置，将避雷器安装在变压器上能够有效的避免过电压的产生。
3注意的问题
220KV的变电站能够供城区的电能使用，包括了几种不同等级的电压，它的接地系统和中性点不接地系统是供电的重要形式，所以要重视几种操作形式。在设备的操作过程中要尽量避免过电压的产生，不管是谐振过电压还是操作过电压都会对设备以及人身安全产生影响。两种过电压是可以进行分析和防范的，通过采取相应的措施能够有效的避免过电压的发生。在220KV变电站中很多设备都属于储能元件，在系统的运行中常会由于断路器的隔离开关在进行操作时，储能元件在特有的静电场中发生了能量的转换，所以平时要注意储能元件的各项参数。在对220KV变电站进行操作时最能引起过电压的就是投切空载变压器和空载母线，所以要采取相关的防范措施减少过电压的发生。
总而言之，随着经济的快速发展，电力系统的不断更新对电力的保护系统提出了更高的要求。为了满足我国城区的用电需求，就要不断测试其性能以及提高继电保护装置。有效的继电保护能够避免过电压现象的发生，同时还要对设备进行及时的检修和更换，才能保证变电站安全、可靠的运行。
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