一种抑制铁磁谐振的方法

摘要

本发明公开了一种抑制铁磁谐振的方法，包括以下步骤：(1)、利用EMTP解析方法推断电压互感器铁磁谐振发生的范围和工况：GIS母线对地电容越小，发生铁磁谐振的概率越大；其中工况是3/2接线或4/3接线的串内T区，此时线路断路器处于分闸状态，母线对地电容很小，串内电压互感器会发生铁磁谐振；(2)、确定可饱和电抗器的励磁特性和线圈内阻参数；(3)、将满足参数条件的可饱和电抗器的两个接线端子与电压互感器的二次绕组连接。本发明在GIS电站，可以有效地避免由于铁磁谐振而造成的VT发热损坏故障及设备损坏事故，消除电力网络系统中可能发生铁磁谐振的安全隐患，对电网的安全运行起到重要的保障作用，从而产生重要的社会和经济效益。

权利要求

1.一种抑制铁磁谐振的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)、利用EMTP解析方法推断电压互感器铁磁谐振发生的范围和工况：GIS母线对地电容越小，发生铁磁谐振的概率越大；其中工况是3/2接线或4/3接线的串内T区，此时线路断路器处于分闸状态，母线对地电容很小，串内电压互感器会发生铁磁谐振；(2)、确定可饱和电抗器的励磁特性和线圈内阻参数；(3)、将满足参数条件的可饱和电抗器的两个接线端子与电压互感器的二次绕组连接；其中所述的步骤(2)中可饱和电抗器的参数的确定过程为：根据电压互感器的励磁特性、断路器端口电容及母线对地电容的数值，采用EMTP解析方法验证使可饱和电抗器的励磁特性和线圈内阻满足在低频电压时先于电压互感器之前饱和，并通过线圈内阻消耗低频电压的能量。

说明书

一种抑制铁磁谐振的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种GIS变电站领域，尤其涉及一种能够抑制电磁式电压互感器引起的铁磁谐振的方法。

背景技术

[0002] 目前，伴随着全国各地电网改造和扩建工程的大量进行，低至10kV、高至500kV的配网结构都发生了较大的变化，这使得整个电网变得更加灵活和坚强。但由于电网结构的复杂化，以前电网中很少发生的铁磁谐振现象，现在却时有发生。特别是在目前550kV GIS(金属封闭开关设备)中，在断路器断口间一般配置有改善断口电压分布特性的并联电容器，当母线停电操作断路器断开时，此时母线上的电磁式电压互感器有可能会产生持续的低频电压(即铁磁谐振现象)。由断路器断口间的电容、GIS母线的对地电容以及电压互感器的非线性电感所构成的串联LC回路是产生铁磁谐振的主要因素。

[0003] 以变电站的单母线接线图为例，如图1所示，当断路器GCB2、GCB3分闸，断路器GCB1最后断开时，电压互感器VT可能会发生铁磁谐振。GCB断口配置有并联电容器，其二次等价回路如图2。铁磁谐振发生时，电压互感器VT的过电压幅值一般不高，但励磁电流往往很大，可能达到正常电流的几百甚至上千倍，时间过长会烧毁线圈，甚至造成电压互感器VT的损坏以及诱发更为严重的电力系统事故。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种抑制铁磁谐振的方法，能够有效地避免由于铁磁谐振而造成的电力系统事故。

[0005] 本发明采用下述技术方案：一种抑制铁磁谐振的方法，包括以下步骤：

[0006] (1)、利用EMTP解析方法推断电压互感器铁磁谐振发生的范围和工况：GIS母线对地电容越小，发生铁磁谐振的概率越大；其中工况是3/2接线或4/3接线的串内T区，此时线路断路器处于分闸状态，母线对地电容很小，串内电压互感器会发生铁磁谐振；(2)、确定可饱和电抗器的励磁特性和线圈内阻参数；(3)、将满足参数条件的可饱和电抗器的两个接线端子与电压互感器的二次绕组连接；其中所述的步骤(2)中可饱和电抗器的参数的确定过程为：根据电压互感器的励磁特性、断路器端口电容及母线对地电容的数值，采用EMTP解析的方法验证使可饱和电抗器的励磁特性和线圈内阻满足在低频电压时先于电压互感器之前饱和，并通过线圈内阻消耗低频电压的能量。

[0007] 本发明在GIS电站，可以有效地避免由于铁磁谐振而造成的电压互感器VT发热损坏故障及设备损坏事故，能够消除电力网络系统中可能发生铁磁谐振的安全隐患，对电网的安全运行起到重要的保障作用，从而产生重要的社会和经济效益。

附图说明

[0008] 图1为变电站单母线接线图；

[0009] 图2为铁磁谐振的等价回路图；

[0010] 图3为静电电容的放电(振荡形式)波形图；

[0011] 图4为电压互感器的励磁特性示意图；

[0012] 图5为GIS母线对地电容C2放电时电感L上的电流；

[0013] 图6为发生铁磁谐振时电压互感器二次电压1/3分频谐振的波形示意图；

[0014] 图7为发生铁磁谐振时电压互感器二次电压1/5分频谐振的波形示意图；

[0015] 图8为铁磁谐振发生范围示意图；

[0016] 图9为发生铁磁谐振的特殊工况示意图；

[0017] 图10为电压互感器与可饱和电抗器的接线图；

[0018] 图11为电压互感器与可饱和电抗器的励磁特性示意图；

[0019] 图12某电站主接线示意图；

[0020] 图13未加装可饱和电抗器的EMTP解析模型；

[0021] 图14加装可饱和电抗器后的EMTP解析模型。

具体实施方式

[0022] 本发明通过对铁磁谐振产生的过程进行理论分析、仿真解析和实践验证，结合GIS电站工程实际参数，利用EMTP(电磁暂态程序，是用于电力系统电磁暂态分析的仿真软件，)解析方法推断电压互感器VT铁磁谐振发生的范围和特殊工况并确定可饱和电抗器的参数，将可饱和电抗器加装在电压互感器VT的二次侧，来达到抑制铁磁谐振产生的目的。

[0023] 铁磁谐振发生的现象分析：如图2所示为铁磁谐振的等价回路，其中R为电压互感器VT一次线圈电阻，L为电压互感器的电感，E为电源电压，C1为断路器的断口电容，C2为GIS母线对地电容。

[0024] (1)断路器GCB刚断开的瞬时，电容C2上残留的电荷(最大相当于E的峰值)会对电感L进行放电。通常情况下电容C2一般很小(数千pF)，因此其放电电压是一种低频2
振荡衰减波形，在R、L、C组成的串联回路中，当满足一定参数条件即R ＜4L/C时，其放电电压如图3所示。C2上的放电电压Uc和放电电流i分别如式(1)和式(2)所示：

[0025]

[0026]

[0027] 其中

[0028] (2)电压互感器VT的励磁特性曲线如图4所示，其电感L表现为非线性，电感L1、L2分别为铁芯非饱和状态、饱和状态时的线圈电感。励磁曲线中饱和区域的L2相对非饱和区域L1变化很大(一般L1约为L2的几百倍)。电容C2放电时，L上的电流变化趋势如图5，电压互感器VT的工作循环为：O→A→B→A→O→C→D→C→O；

[0029] (3)断路器GCB断开后，电感L上会承受由电源E产生的感应电压，数值为E·C1/(C1+C2)，其与图3中的振荡衰减波形将进行叠加并补偿衰减的振荡电压，若该感应电压足够大且其相位在某一时刻恰与衰减的低频电压相位相近时，就有可能使低频电压的幅值升高且持续存在，即电压互感器VT发生了铁磁谐振。此时谐振频率一般为1/3、1/5、1/7倍工频。利用EMTP对VT发生铁磁谐振解析的二次电压的波形例如图6和图7所示。

[0030] 通过上面所述对铁磁谐振产生的现象分析，需要用本发明所述方法来抑制铁磁谐振的发生，本发明抑制铁磁谐振的方法包括以下步骤：

[0031] 1、结合GIS电站工程实际参数，利用EMTP解析方法推断VT铁磁谐振发生的范围和特殊工况；

[0032] 利用EMTP解析方法能够推断验证出电压互感器VT发生铁磁谐振现象与电容C1、C2的参数密切相关。作为标准产品，开关制造厂在断路器GCB中配置的并联电容C1通常为固定参数(C1数值涉及GCB开断台数)，C2数值与GIS母线长度有关，C2越小，断路器GCB断口处的感应电压值越大，发生铁磁谐振概率越大，图8为铁磁谐振发生范围示意图；

[0033] 发生铁磁谐振的特殊工况：3/2接线(或4/3接线)的串内T区，参见图9。此时线路断路器DS处于分闸状态，母线对地电容C2很小，串内电压互感器VT会发生铁磁谐振。

[0034] 2、确定可饱和电抗器的参数；

[0035] 可饱和电抗器的磁饱和电压低于电压互感器VT，结合电容C1、C2的数值合理设计可饱和电抗器的参数：励磁特性和线圈内阻，参数确定基准是：保证可饱和电抗器在高磁束密度下工作并提供一个急剧饱和状态，当发生铁磁谐振工况时，可饱和电抗器在低频电压时先于VT之前饱和，并通过其线圈内阻消耗低频电压的能量，从而抑制铁磁谐振现象的发生，如图11所示，曲线3为电压互感器VT的励磁特性示意图，曲线4为可饱和电抗器的励磁特性示意图。可饱和电抗器的参数设计要结合电压互感器VT的励磁特性、C1、C2的数值等，工程上通常采用EMTP解析的方法予以验证，从而得出所需的可饱和电抗器的参数。可饱和电抗器通常情况下仅消耗几VA的负担，对电压互感器VT误差特性的影响非常小，而且几乎不发热，是有效抑制铁磁谐振的装置。

[0036] 3、在电压互感器VT二次侧连接所需要的可饱和电抗器；

[0037] 可饱和电抗器可采用与电压互感器VT一体安装的方法，即在电压互感器VT的二次端子箱内加装可饱和电抗器，可饱和电抗器的两个接线端子分别与电压互感器VT的二次端子箱内的二次绕组的端子连接，此种方式较为简洁，对其它外接设备不产生影响，但需要提前与VT制造厂商进行GIS相关参数交流。

[0038] 另外，也可采用在电压互感器VT外侧(如在汇控柜内或设置单独的控制箱)进行加装可饱和电抗器的方法。汇控柜内电压互感器VT二次回路接线如图10所示，可饱和电抗器11、12、13的两个接线端子分别与三相电压互感器VT外侧二次绕组的端子连接。

[0039] 图12为某电站一串4/3主接线示意，两条线路VT设置在串内T区(可能存在特殊工况)，现场初次投运试验时发生了铁磁谐振现象。通过EMTP解析方法也验证在断路器GCB开断的个别相位角会发生谐振，解析模型如图13所示，除C1和C2外，涉及的参数还有VT的一次线圈阻抗Z1、铁损T以及非线性电感励磁特性等。如图14所示，当加入可饱和电抗器VT3后，R3为可饱和电抗器的内阻，Z2为电压互感器VT的二次线圈阻抗，对解析模型进行调整，通过EMTP解析方法对铁磁谐振抑制情况进行确认(谐振现象可以被抑制)。