电压互感器综合消谐装置的制作方法

1.本实用新型涉及电力系统消谐技术领域，特别地，涉及一种电压互感器综合消谐装置。


背景技术：

2.在中性点非有效接地系统中，电磁式电压互感器与母线或线路对地电容形成的回路，由于操作或负荷突变，可能激发起工频、低频或高频谐振，谐振产生的过电压常使电压互感器损坏、设备内绝缘击穿、外绝缘放电，且常因事故处理不及时或事故扩大而造成大面积停电。电磁式电压互感器损坏常见有两种情况：第一种情况是持续的铁磁谐振造成电压互感器一次绕组烧坏，因为在空载母线合闸时，该母线的对地电容较小，可能产生3倍频的高频谐振过电压；第二种情况是由低频铁磁谐振造成高压熔断器频繁熔断，低频铁磁谐振是在单相接地故障消失瞬间，系统对地电容与电压互感器励磁电感产生的一种短暂电磁振荡，这种情况会出现在空载母线合闸时有较大的母线对地电容的系统中，尤其是在间隙性电弧接地故障时更为严重。
3.目前消除谐振的方法主要有两种：一是在三相电压互感器一次侧中性点加装消谐装置，常常采用一次非线性电阻；二是在电压互感器二次侧加装消谐装置，常常采用微机消谐，也可采用二次消谐电阻等方法。一次非线性消谐电阻是一种全时段运行的消谐装置，在谐振或接地时呈现低阻抗，使过电压得以迅速衰减，能很好地消除本电压互感器谐振，但是其有以下缺点：
①
通常当u0≥150v时，定为基频谐振，当30v≤u0＜145v时，定为单相接地故障，而一次非线性消谐电阻在正常运行时呈高阻抗可能会使得电压互感器二次开口电压的升高，造成中性点位移，产生零序电压分量，容易使保护装置误判单相接地故障；
②
装置自身的热容量有限，在持续时间较长的间歇电弧接地过电压激发下，仍可损坏装置；
③
该方式只能限制本电压互感器不发生谐振，对电网中的其他电压互感器无效，例如某航电枢纽工程第一单元母线电压互感器尽管装设了一次消谐装置但系统仍旧发生了谐振现象，造成了发电机抖动甚至过电压跳闸。而二次微机消谐装置通过实时检测电压互感器开口三角电压，判别接地、谐振、电压互感器断线、过电压等故障信息，通过微电脑自动控制可控硅通断，来达到消谐目的，除能消除本电压互感器谐振外还能消除系统内其他处谐振，但是其有以下缺点：
①
当发生三次谐波谐振时，在电压互感器二次侧开口三角处所显现的电压是相电压中三次谐波分量的3倍，当这个分量足够大时，就会使接在开口三角处的电压升高，造成谐振时误判单相接地故障；
②
当电网对地电容较大时，二次消谐对防止间歇性接地或接地消失瞬间互感器因瞬时饱和涌流而造成熔丝熔断的事故无能为力，此外，在持续时间较长的间歇电弧过电压激发下，流过pt高压绕组的电流将显著增大，仍可能会烧坏pt；
③
由于铁磁谐振一般是分频谐振，装置检测时间相对较长，投运速度就比较慢，在频繁发生分频谐振或持续存在铁磁谐振的时候，不能完全避免谐振，从而引起一定的后果。
4.理论上同时安装两种消谐装置，可以做到功能互补，抑制系统中的铁磁谐振，但是在同一电压互感器上同时装设一次消谐电阻和微机消谐装置，会由于一次消谐电阻的安装
使得该电压互感器基本上不参与谐振；而其他电压互感器谐振时由于分压作用导致开口零序电压测量值偏小，影响微机消谐装置的动作；少数情况下微机消谐装置的动作也会由于零序电压绝大部分降落在一次消谐电阻上，而常规的一次消谐电阻偏大已不能消除此种情况下的谐振过电压。所以要同时安装两种消谐装置一般采用电压互感器中性点接零序电压互感器作为一次消谐和电压互感器开口三角接消谐装置作为二次消谐，但由于中性点加装零序电压互感器后总励磁感抗为xm＝x
tv1
+3x
tv0
，其中x
tv1
为数值很小的漏抗，x
tv0
为零序电压互感器的励磁感抗，x
tv0
远大于x
tv1
；由串联分压作用易知零序电压主要降落在中性点零序电压互感器tv0上，以上电压互感器开口三角接消谐装置作为二次消谐的方式虽然有一定消谐效果，但消谐不够可靠和彻底，仍可能由于大电流下中性点零序电压互感器饱和而发生谐振。
5.此外，目前虽然有许多消谐装置，但大多各成体系，无法与现有保护装置兼容，在现有系统消谐改造时，往往需要将设备全部更换，工期较长，费用较高。


技术实现要素：

6.本实用新型提供了一种电压互感器综合消谐装置，以解决目前通过在三相电压互感器一次侧中性点加装一次消谐电阻进行消谐的方式所存在的中性点偏移较大而导致容易使保护装置误判单相接地故障的技术问题。
7.根据本实用新型的一个方面，提供一种电压互感器综合消谐装置，包括三相电压互感器和零序电压互感器，所述三相电压互感器的原边连接成星型，原边星型的三端并联在电网中，原边星型的中性点通过所述零序电压互感器的原边接地，所述三相电压互感器的副边包括第二绕组和第三绕组，所述第三绕组连接形成闭口三角形，所述第二绕组连接成星型，第二绕组星型的中性点通过所述零序电压互感器的副边接地，所述零序电压互感器包括两组标准相电压互感器，所述两组标准相电压互感器的一次侧并联形成所述零序电压互感器的原边，所述两组标准相电压互感器的二次侧串联形成所述零序电压互感器的副边。
8.进一步，所述标准相电压互感器的变比为其中，un为系统一次侧的额定电压，则所述零序电压互感器的变比为
9.进一步，所述零序电压互感器的励磁感抗大于等于0.5x
l
，其中，x
l
为标准相励磁感抗。
10.进一步，所述零序电压互感器的副边还接入了二次消谐装置，用于进行二次消谐。
11.进一步，所述二次消谐装置为微机消谐装置。
12.进一步，所述二次消谐装置为由控制装置控制的二次消谐电阻。
13.进一步，所述二次消谐装置包括二次消谐电阻exx、投切开关ptk和保护装置yk，所述二次消谐电阻exx与所述投切开关ptk串联后与所述保护装置yk并联在所述零序电压互感器的副边上，所述保护装置yk用于控制所述投切开关ptk断开或闭合，所述保护装置yk采集所述零序电压互感器副边上的电压信息，判断为谐振故障后控制所述投切开关ptk闭合，以投入二次消谐电阻exx实现二次消谐。
14.进一步，系统一次侧的额定电压为10kv，二次消谐电阻exx的阻值为10ω～20ω。
15.本实用新型具有以下效果：
16.本实用新型的电压互感器综合消谐装置，通过将两组标准相电压互感器的一次侧并联二次侧串联形成零序电压互感器，并通过零序电压互感器分别将三相电压互感器的一次侧和二次侧接地，零序电压互感器可以起到一次消谐的作用，降低了三相电压互感器发生谐振的可能性，并且实现了全时段运行消谐。同时，在发生单相接地故障时，减少了中性点的电位偏移，降低了误判单相接地故障的可能性。另外，三相电压互感器的第三绕组连接形成闭口三角形，有效消除了三相电压互感器中的三次谐波。本实用新型的电压互感器综合消谐装置，兼容性好，可以在现有消谐装置的基础上进行简单改造即可，可以很好地适用于消谐改造工程。
17.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
18.构成本技术的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
19.图1是本实用新型优选实施例的电压互感器综合消谐装置的电气原理接线示意图。
20.图2是某航电枢纽的一次消谐装置改造前的电气原理接线图。
21.图3是某航电枢纽的一次消谐装置改造为本实用新型优选实施例的电压互感器综合消谐装置后的电气原理接线图。
具体实施方式
22.以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
23.如图1所示，本实用新型的优选实施例提供一种电压互感器综合消谐装置，包括三相电压互感器和零序电压互感器，所述三相电压互感器的原边连接成星型，原边星型的三端并联在电网中，原边星型的中性点通过所述零序电压互感器的原边接地，所述三相电压互感器的副边包括第二绕组和第三绕组，所述第三绕组连接形成闭口三角形，所述第二绕组连接成星型，第二绕组星型的中性点通过所述零序电压互感器的副边接地，所述零序电压互感器包括两组标准相电压互感器，所述两组标准相电压互感器的一次侧并联形成所述零序电压互感器的原边，所述两组标准相电压互感器的二次侧串联形成所述零序电压互感器的副边。
24.可以理解，在三相电压互感器副边的中性点未接入零序电压互感器时，系统单相直接接地故障情况下，中性点的电压偏移量为1倍相电压，因此非故障相上的电压上升为1.732倍相电压；而当副边的中性点串接两只标准相电压互感器后，由基尔霍夫定律易知中性点偏移量按下列向量式计算：
[0025][0026]
式中，u
nn'
表示中性点的电压偏移量，ea表示a相电压，eb表示b相电压，ec表示c相电压，z为相阻抗，z'为中性点阻抗，z'等于0.5倍z。计算后得中性点的电压偏移量仅0.2536倍相电压，从而由向量图易知，非故障相上的电压上升仅1.15倍相电压，有利于设备的绝缘防护。因此，通过采用两组标准相电压互感器的一次侧并联二次侧串联形成零序电压互感器，并通过零序电压互感器分别将三相电压互感器的一次侧和二次侧接地，在发生接地故障时，可以有效减少中性点的电位偏移，降低了误判单相接地故障的可能性，并且使得非故障相电压仅上升1.15倍，有利于设备的绝缘保护。
[0027]
可以理解，本实施例的电压互感器综合消谐装置，通过将两组标准相电压互感器的一次侧并联二次侧串联形成零序电压互感器，并通过零序电压互感器分别将三相电压互感器的一次侧和二次侧接地，零序电压互感器可以起到一次消谐的作用，降低了三相电压互感器发生谐振的可能性，并且实现了全时段运行消谐。同时，在发生单相接地故障时，减少了中性点的电位偏移，降低了误判单相接地故障的可能性。另外，三相电压互感器的第三绕组连接形成闭口三角形，有效消除了三相电压互感器中的三次谐波，当第三绕组短接时，在铁心中有三次谐波磁通，便将在三角形连接的各相中感应出三次谐波电势，且在闭合三角形中短路，在三角形连接的各相绕组中将有三次谐波环流，这一环流产生三次谐波环流反电势，将趋向于把铁心中原有的三次谐波磁通去磁，既可保证原铁心中磁通为正弦波，又避免了常规的开口三角形绕组检测零序电压作为接地保护在谐振时误判接地故障的问题。本实用新型的电压互感器综合消谐装置，兼容性好，可以在现有消谐装置的基础上进行简单改造即可，可以很好地适用于消谐改造工程。
[0028]
可以理解，所述标准相电压互感器的变比为其中，un为系统一次侧的额定电压，则所述零序电压互感器的变比为当零序电压互感器采用标准的变比时，在单相接地时，中性点偏移量为0.25倍相电压，绝缘监察装置的最大电压值为：灵敏度较低。而按本实施例改为后，此时绝缘监察装置的最大电压值为灵敏度较高。而且，变比为的零序电压互感器实现较为简单，不需要定做，只需要两组标准变比的电压互感器一次侧并联二次侧串联而成即可。因此，将零序电压互感器的变比设为可以有效提高电压绝缘监察装置的灵敏度，有利于设备的绝缘保护。
[0029]
另外，三相电压互感器的中性点加装零序电压互感器后，总励磁感抗为xm＝x
tv1
+
3x
tv0
，其中x
tv1
为数值很小的漏抗，x
tv0
为零序电压互感器tv0的励磁感抗，优选取大于等于0.5x
l
，x
l
为标准相励磁感抗，x
tv0
远大于x
tv1
，故总励磁感抗为中性点不加装零序电压互感器的1.5倍以上。因此，通过在三相电压互感器的中性点加装零序电压互感器，增加了感抗，提升了装置热容量，可减少因饱和而激增的励磁电流，使得电压互感器不易饱和，从而也减少了谐振发生的概率，电压互感器也不易损坏。
[0030]
可以理解，采用零序电压互感器进行一次消谐可以有效消除三相电压互感器本身的谐振，但是系统中其它处的谐振无法得到有效消除。作为优选的，所述零序电压互感器的副边还接入了二次消谐装置，用于进行二次消谐。由串联分压作用易知，零序电压主要降落在中性点的零序电压互感器tv0上，常规的做法在三相电压互感器的开口三角接消谐装置作为二次消谐，该方式虽然有一定消谐效果，但消谐不够可靠和彻底，仍可能由于大电流下零序电压互感器tv0饱和而发生谐振。而本实施例通过在零序电压互感器的副边接入二次消谐装置，除了可以消除本三相电压互感器的谐振外，还可以消除系统内其他处的谐振，起到二次消谐的作用，并且，平时二次消谐不投入，由零序电压互感器的一次消谐发挥作用，谐振不易产生，只有当二次消谐装置检测到谐振造成电压异常升高时才投入二次消谐，提高了消谐的可靠性。其中，所述二次消谐装置优选采用由控制装置控制的二次消谐电阻。当然，在本实用新型的其它实施例中，所述二次消谐装置还可以采用微机消谐装置。
[0031]
具体地，所述二次消谐装置包括二次消谐电阻exx、投切开关ptk和保护装置yk，所述二次消谐电阻exx与所述投切开关ptk串联后与所述保护装置yk并联在所述零序电压互感器的副边上，所述保护装置yk用于控制所述投切开关ptk断开或闭合，所述保护装置yk采集所述零序电压互感器副边上的电压信息，判断为谐振故障后控制所述投切开关ptk闭合，以投入二次消谐电阻exx实现二次消谐。
[0032]
可以理解，本实用新型的电压互感器综合消谐装置采用微机消谐装置或保护装置控制的二次消谐电阻进行二次消谐，由于成本低廉、兼容性好，尤其适用于消谐改造工程。例如，现有的采用微机消谐装置二次消谐根据本实用新型的方案改造为一二次综合消谐装置较为简单，只需采用两组标准相电压互感器一次侧并联二次侧串联形成零序电压互感器，将其一端接入三相电压互感器一次侧中性点另一端接地，作为一次消谐；然后将原来接入三相电压互感器二次开口三角绕组上的微机消谐装置，改接到零序互感器二次绕组上即可。而采用一次消谐装置根据本实用新型的方案改造为一二次综合消谐装置时，也是用两组标准相电压互感器一次侧并联二次侧串联形成零序电压互感器，将其一端接入三相电压互感器一次侧中性点另一端接地，作为一次消谐；二次消谐可以充分利用现有的保护装置，仅需准备二次消谐电阻及导线。通常当u0≥150v时，定为基频谐振，此时保护装置控制节点输出投入二次消谐电阻实现二次消谐。
[0033]
作为一个示例，某案例(某航电枢纽)改造前的电气原理接线图如图2所示，是一种一次消谐装置，电压等级为10kv，包括三相电压互感器、一次消谐电阻xx、一次消谐电阻的投切开关ptk、保护装置yk等。保护装置yk通过采集三相电压互感器的二次开口三角绕组上的电压信息，判断为谐振故障后，控制一次消谐电阻的投切开关ptk断开，从而投入一次消谐电阻xx，实现消谐的目的。改造后的电气原理接线图如图3所示，是一种一二次综合消谐装置，包括三相电压互感器、零序电压互感器、二次消谐电阻exx、二次消谐电阻的投切开关ptk、保护装置yk等。保护装置yk通过采集零序互感器二次绕组上的电压信息，判断为谐振
故障后，控制消谐电阻的投切开关ptk闭合，从而投入二次消谐电阻exx，实现消谐的目的。本案例为10kv系统，二次消谐电阻exx取值分析过程如下：随着系统对地电容的增大，电压互感器磁饱和后将依次发生高频、基频和低频谐振。据分析推导，消除基频谐振的一次电阻值为r≤3xm，二次电阻值为用于消除低频谐振的阻尼电阻值最小，r
′
≤0.4xm，二次电阻值为只要按此来选择电阻就可同时消除高频、基频和低频谐振。式中，xm为电压互感器的总励磁感抗，n2/n1为低压绕组与高压绕组的匝数比，本案例接线方式取加装零序电压互感器后总励磁感抗为xm＝x
tv1
+3x
tv0
，由于x
tv1
为三相电压互感器tv1的漏抗(很小，可忽略)，x
tv0
为零序电压互感器tv0的励磁感抗，取0.5x
l
，x
l
为每相电压互感器的励磁感抗，二次消谐电阻的阻值按计算，虽然电阻越小消谐效果越好，但其上流过的电流越大，综合考虑本案例二次消谐电阻的阻值采用10ω～20ω，优选为15ω。该航电枢纽采用本实用新型方案改造后的综合消谐装置，投入运行后未再发生谐振过电压导致发电机组抖动及停机的事件，运行经验表明，本实用新型的综合消谐装置确实可以根除本电压互感器及系统内其他电压互感器的谐振。
[0034]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。