发电厂电压互感器高压熔断器熔断原因分析.pdf

第34卷第9期
华电技术
Vol 34 No 9
2012年9月
Huadian Technology
Sep.2012
发电厂电压互感器高压熔断器熔断原因分析
豆占良,邹晖,于蒙
(华北电力大学电气与电子工程学院,北京102206
摘要:发电机的中性点一般是经消弧线圈接地的,系统运行过程中有时会发生电压互感器(PT)高压熔断器熔断(俗称
爆保险)现象,给系统造成了不利影响。通过分析中性点经消弧线圈接地发电厂的运行特点,发现中性点位移电压的放
大是造成T爆保险的重要原因。提出了利用电力电子开关串入阻尼电阻来抑制中性点电压的放大,进而防止发电厂
PT爆保险的方案。以某水电厂为实例,验证了该方案的有效性。
关键词:电压互感器;爆保险;中性点位移电压;阻尼电阻;电子开关
中图分类号:TM451
文献标志码;A
文章编号:1674-1951(2012)09-0023-04
0引言
电压互感器(PT)在发电厂中至关重要,发电机
变压器组保护、励磁系统以及同期装置、计量仪表、
调速器等重要设备都会用到叫。发电厂中有时会
发生Ⅶ高压熔断器熔断(俗称爆保险)现象2,
严重影响发电机变压器组保护、励磁系统、同期装
置、计量仪表和调速器的正常工作,进而影响整个电
厂的正常运转和对用户的正常供电,这对电力系统
图1焠断器的保护特性曲线
的安全、稳定和可靠运行是十分不利的。另外,
(1)正常工作时,若流过熔件的电流小于其额
高压熔断器本身的熔断也是一种损失,更换也比较定电流嫆断器永远不会熔断。
(2)当熔件流过的电流大于其额定电流时,熔
麻烦。因此,研究发电厂中爆保險的问题具有断器熔断所需要的时
非常重要的现实意义。
系-:过电流倍数越大,熔断器熔断所需要的时间
PT爆保险的理论分析
就越短;当过电流倍数非常大吋,熔断器就会瞬间
熔断。
高压熔断器的工作原理
(3)熔断器的保护特性与熔断器稳定持续工作
高压熔断器一般由金属熔件、外壳及触头构成。
状态下的温度有很大关系°。当熔断器稳定工
在电路发生过负荷和短路时,金属熔件在被保护设
作状态下的温度升高时,熔断器的保护特性曲线就
备未被损坏之前被加热熔断,以达到断开电路保护
会左移,熔断器更容易熔断,甚至在流过熔断器的电
设备的目的S。一般所说的嫆断器熔断实际是其
熔件的熔断。电压互感器高压熔断器的作用是:当流小于其额定电流时也会造成非选择性熔断。
电压互感器回路出现过电流或短路时,熔件熔断后
(4)当熔断器的熔件局部截面面积变小时,流
过同样的电流时熔断器熔断所需要的时阆就会变
自动切断电路,从而保护电压互感器不受损
短2],即熔断器的保护特性曲线会左移。
熔断器的熔断特性通常用其保护特性来表示。1.2PT爆保险的原因总结
其保护特性为t=f(の),曲线如图1所示?。
图1中:横坐标表示流过熔断器的电流大小;
由熔断器的保护特性可知,造成PT爆保险的
纵坐标表示嫆断器熔断所需要的时间;为熔断器直接条件有:PT回路发生短路;PT回路长时间有过
工作的额定电流;61,2为熔断器稳定持续工作状态电流流过;PT回路瞬时流过很大的冲击电流,例如
下的温度。
遭遇雷击。
由图1可以得到熔断器的保护特性如下
可使PT熔断器的保护特性曲线左移,加速PT
爆保险的间接条件有:
收稿日期:2012-03-16
(1)PT熔断器所处环境温度较高。
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(2)P熔断器的触头表面接触不良,氧化严重,
连接螺栓拧不紧,给熔断器带来额外的温升。
3)流过PT熔断器的过电流虽然很小,但长期
持续作用会使熔件温度小幅升高。
(4)PT熔断器承受冲击后,虽然暂时未熔断,但
熔件局部截面积变小。
2发电厂的运行特点
2.1中性点的接地方式
在现阶段,发电机的中性点一般是经消弧线圈
接地的3。消弧线圈是一种可调节大小的电抗器,
图2电压谐振等值回路
当发生非对称短路接地故障时,利用消弧线圏产生式中:U为失谐度;d为阻尼率;0为角频率;R为所
的电感电流抵消发电机系统的对地电容电流,从而有电阻的等效值。若用有效值表示,则式(1)可以
将故障电流限制在发电机允许的范围内,消除间歇表示为
性电弧,避免弧光过电压的产生,防止烧毁发电机。
消弧线圏的补偿方式有过补偿、全补偿和欠补
偿3种。若仅从电流补偿角度看,消弧线圈采用2
由于发电机的三相电压不完全对称、发电机等
种方式都一样,只要使补偿后的电流在允许范围内设备的三相阻抗不完全相等以及系统三相对地电容
就可以,但从过电压角度来看,两者就存在区别了。不完全相等,实际的中性点总是呈现一定数值的对
在配电网中,消弧线圈按过补偿整定是考虑到当某地电位差1,即不对称电压Uo。
条线路停电退出后对地电容电流会减少,如果按欠
由式(2)可知,发电机中性点经消弧线圈接地
补偿整定就可能变为全补偿而发生串联谐振。时,中性点的不对称电压会被放大,从而使得中性点
而对发电机一变压器回路则相对固定。所以,发电位移电压对PⅦ爆保险的影响不能被忽视。因为中
机消弧线圈的补偿方式主要由过电压决定,无论从性点位移电压会导致系统一-相或两相的电压长期高
传递过电压(电容耦合传递过电压、电磁感应传递于正常电压,导致该相的熔断器回路长时有
过电压)看,还是从传递回路谐振过电压或由频率过电流流过。重者导致P爆保险,轻者导致熔件
变化引起发电机中性点电压位移看,发电机的消弧温度小幅升高,加速P爆保险。此外,中性点位移
线圈应以欠补偿方式运行为宜5。
电压很大时产生的冲击会使熔件的局部截面积变
发电机的中性点经消弧线圈接地时,由于消弧小,从而加速爆保险。
线圈的电感远比电压互感器励磁电感小,所以,有效
防止了电压互感器的铁磁谐振过电压。因此,在3防止P爆保险的方案
分析发电厂中PT爆保险问题时,不再考虑铁磁谐
在发电厂中,PT爆保险的原因很多,但像雷击
振的影响。
等产生的冲击电压、PT回路发牛短路等在抑制时不
2.2运行特点与P爆保险的关系
容易实现。因此,本文从中性点位移电压这一重要
当消弧线圈投人运行后,补偿电网在正常运行因素出发,通过抑制中性点不平衡电压的放大来有
情况下,消弧线圈的电感与发电机系统的对地电容
效防止P爆保险。由式(2)可知,若想降低中性点
将构成电压谐振回路?,如图2所示。发电机系统
包括机组、母线和变压器绕组。
的位移电压Ub,有3个办法:减小不对称电压;增加
图2中:L,R1为消弧线圈的电感和电阻;C,R脱谐度増加阻尼率d
为发电机系统的对地电容和对地电阻;Uo为中性点
本文所提方案的设计思路就是在消弧线圈回路
串联一个电阻R,在系统正常运行时增加阻尼率,从
的不对称电压;为中性点的位移电压。
由图2可知,中性点位移电压的大小和方向可而降低中性点的位移电压。但同时须知,消弧线图
由式(1)确定
的首要作用是补偿发电机系统的对地电容电流,防
止定子铁芯发热烧毁,保证发电机的安全”?。若故
(1)障时电阻仍串联在回路里,消弧线圈补偿电容