10KV小电流接地系统母线电压互感器的接线变迁.doc
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1、10KV小电流接地系统母线电压互感器的接线变迁关键词: 电压互感器 变电站 小电流接地 摘 要变电站的10KV小电流接地系统中母线装设的电压互感器,数十年来其一,二次绕组的接线方式发生了数次变化。其主要原因是在满足二次电压回路设备在正常运行和系统发生单相接地及事故时的电压采样要求外,并应具备在上述情况下防止铁磁谐振,避免电压互感器被烧毁的功能。本文就电压互感器接线方式的变迁,阐述了笔者的一些粗浅意见。 关键词小电流接地系统 电压互感器 接线变迁 0 前言10KV电力系统是小电流接地系统,当系统中发生单相接地时,不会产生很大的短路电流。为了不造成对外停电,所以允许带接地运行一段时间,但是为了防止
2、其他两相对地电压升高以及容易产生的铁磁谐振过电压而导致电压互感器或其他设备损坏,因此必须尽快找到接地点并消除接地。在系统正常运行或发生故障时,为了满足对母线和馈线的测量,计量以及保护装置的电压采样需求,10KV母线上必须装设能够正确反映母线电压的电压互感器。随着电力技术的进步和设备的更新,电压互感器的接线在满足二次测控保护装置的要求及防止发生铁磁谐振事故的情况下,其接线方式不断地发生了一些改变。1 前期的三台单相电压互感器或三相五柱式电压互感器接线方式三台单相电压互感器或三相五柱式电压互感器接线方式如图1a。相应的相量图如图1b所示。 这种电压互感器一次绕组和主二次绕组接成星形,其中性点直接接
3、地,辅助二次绕组接成有零序电压输出的开口三角形。在中性点非直接接地的电力网中,这种接线方式的电压互感器二次电压回路可以为继电保护和测量仪表提供线电压和相电压;而需要输入零序电压的接地保护及信号等装置,则接入开口三角形输出两端。当电网绝缘良好正常运行时,一,二次电压回路的三相电压均是对称的,并互差120度,开口三角形两端输出为三相电压的矢量和,即为零。在系统发生单相接地时,一,二次电压回路的电压相量关系就发生了变化。假如C相接地,则它们原来的对称关系被破坏,此时本相一次绕组电压为零,A,B相一次绕组的电压上升为线电压,则二次A,B相的电压也升高3倍,而开口三角形两端电压为三倍U0电压(100V)
4、,所以此种接线的电压互感器开口三角形不能采用短接的方式以消除铁磁谐振。否则将烧毁电压互感器。采用此种接线的电压互感器可以采用在开口三角形绕组两端接入防谐振装置或一白炽灯以减少谐振。其相量关系如图1c所示。10KV系统还常采用三相三柱式电压互感器的星形接线方式。必须指出此种接线方式的一次绕组中性点不允许直接接地。因为当系统发生单相接地时,由于零序磁通没有通路而使电压互感器会发热烧毁。所以当系统发生单相接地时,二次电压回路的电压仍然为对称的相电压,不能反映系统单相接地时一次回路电压的升高,即不能接供绝缘检查电压表,无法检查电网的绝缘状况。2 三相四元件的分体式防谐振电压互感器的接线方式分布极为广泛
5、的10 KV电力系统常常因为单相接地时而发生铁磁谐振。为了减少或杜绝铁磁谐振,随后,我市系统内广泛采用了分体式防谐振电压互感器的接线方式,如图2a,即采用在三相一次绕组中性点与地之间增加一零序电压互感器的四元件接线,其接地时的相量如图2b。三只接于相电压的互感器按常用的互感器选取,其中剩余绕组电压为0.1/3KV,三个剩余绕组接成闭合三角形以消除三次谐波和吸收谐振能量而消除谐振。中性点电压互感器变比为10/3/0.1/3/0.1KV。0.1KV绕组引出零序电压.其正常运行和接地时的相量如图2b。正常运行时,母线电压互感器一次绕组中性点N电压为零,与地同一电位,三相一次绕组均承受相电压,零序电压
6、互感器一,二次绕组电压均为零。所以二次各相电压均为相电压,并互差120度,其相量按对称星形排列,开口三角形为互差120度的三相电压矢量和,所以无电压输出。假如C相接地,由图中接线和极性可以看出:C相电压互感器YHC与零序电压互感器YHN是一并联关系。如各相电压互感器的阻抗很大很大(理想情况),则可以认为各相电压互感器仍然承受对称的相电压。二次绕组A,B,C相的电压与零序电压互感器的电压补偿绕组YHn二次电压相加,其中A,B相对地电压分别升高3倍,C相电压为零,三相母线绝缘监察表计的测值能正确反映一次系统电压状况。而开口三角形两端电压为零,所以往往采用将其两端短接来消除铁磁谐振。而实际情况并非完
7、全如此,各相电压互感器的阻抗并不是很大的理想情况,在一次线路发生接地后,中性点N发生位移,其相量见图2b。如各相电压互感器和零序电压互感器阻抗相同,则C相电压互感器和零序电压互感器一次绕组电压约为0.75倍额定相电压,A,B相互感器绕组的电压上升为1.15倍相电压,仍远低于未安装零序电压互感器时的3倍相电压,电压互感器的铁芯不易达到饱和状态,其感抗也减少不多,有效地防止了铁磁谐振的发生。而二次A,B,C相对地N600的电压分别为本相电压与零序YHn二次电压相量相加,其中A,B相电压升高3倍,C相电压为零,能够正确反映单相接地时相电压的变化情况。要注意的是:开口三角形两端是有电压的,不短接时两端
8、电压约为25V,所以此种接线的电压互感器将开口三角形采用直接短接的方式以消除铁磁谐振,较长时间在系统接地运行时,仍然有可能使二次辅助绕组长时间流过大电流而烧毁。为了安全可靠,不烧毁设备,建议仍然采用在开口三角形绕组两端接入防谐振装置或一白炽灯以减少谐振。 3 组合式四元件防谐振电压互感器的接线方式由于厂家生产出了新的组合式防谐振电压互感器,随之在系统中也得到了不少采用。组合式防谐振电压互感器是将全绝缘的三相电压互感器和中性点电压互感器组装成一体,而且没有二次辅助绕组短接成闭口三角形的问题。该产品在设计和制造上就保证了具有防止铁磁谐振性能。其优点是安装尺寸小,二次接线清楚明了,便于安装和接线,不
9、易发生错误。其具体接线见图3a,正常运行和接地时的相量如图3b。 正常运行时,母线电压互感器一次绕组中性点N电压为零,与地同一电位,三相一次绕组均承受相电压,零序电压互感器一,二次绕组电压为零。所以二次各相电压均为相电压,并互差120度,其相量按对称星形排列,零序二次绕组YHn与YHjy(串联)无电压输出。假如C相接地,由图中接线和极性可以看出:C相电压互感器YHC与零序电压互感器YHN是一并联关系。在一次线路发生接地后,中性点N发生位移,C相电压互感器和零序电压互感器一次绕组电压约为0.75倍额定相电压,A,B相电压互感器绕组的电压仅仅上升为1.15倍相电压,有效地防止了铁磁谐振的发生。而二
10、次A,B,C相对地N600的电压分别为本相电压与零序二次电压相量相减,其中A,B相电压升高3倍,C相电压为零,能够正确反映单相接地时的电压变化情况,绝缘监察仪表能够正确指示接地相。要注意的是:要求接入零序电压的电压负载(如XJJ)只能接到YML和YMn之间(接地时电压为100V)。公共接地的YMn小母线与YMn小母线不是等同的。尽管正常运行时,两者之间并无电位差。在发生接地故障时,两者之间就有电压存在,所以YMn和YMn不能连接起来,YMn也不允许接地,这是值得大家特别注意的。4 增加计量绕组的四元件防谐振电压互感器的接线方式由于对电能计量精度要求的提高,目前采用的电压互感器常在二次回路增加一
11、组高准确等级的专用计量绕组,以对计量设备单独供电。专用计量绕组的中性点,以前我们都是直接接中性线N600。其原理接线见图4a。有的运行单位的同志提出异议,认为在发生单相接地时,专用计量绕组三相中性点因无补偿绕组YHn的电压接入。所以没有正确反映实际的一次电压。对此问题,笔者认为:一是因为10KV系统采用的是二元件计量表计,接入的是二次相间电压,即计量表计的二个元件分别接入Uab,Ubc电压,并未接入零线N。在发生单相接地时,相间电压的对称关系并未被破坏;再者发生单相接地时允许运行时间也不太久,应该对计量表计和接入的其他相电压设备没有多大影响。当然,可以按严格要求,专用计量绕组中性点还是应按图4
12、b接线。5 电压互感器二次回路击穿保险器配置的问题电压互感器二次回路的中性点,以前都在各自的配电装置处直接接地。其作用是防止一次回路绝缘下降,使二次回路蹿入高电压时,保证工作人员人身安全。由于二次电压的不平衡以及一次回路故障时短路电流的影响,会使零线N在主控制室与配电装置(电压互感器)之间存在电位差,给计量装置带来附加误差和使零序方向电压保护装置误动作。所以有关规程规定,要求同一变电站内的几组电压互感器的零线N都在主控制室电压装置屏上并接后一点接地。为了检修电压互感器时的人身安全,可以在配电装置处装设击穿保险器。然而,又出现一些新的问题:击穿保险器种类繁多,质量参差不齐。击穿保险器本身击穿电压
13、离散值就教大。设计中怎样选择击穿保险器,一无规程规定,又无经验可资借鉴。所以在设计或生产制造选择时,受人为因素影响很大,很难确定是否选用正确。在现场使用过程中又不易判断是否完好,当击穿保险器击穿后不能恢复或时间稍长时,就有可能烧坏电压互感器,或相当于电压互感器回路就有两点或多点接地,且不易被发现。因此市公司生技部发文规定:凡是四星形接线的PT二次回路,在中性点PT的二次回路的首端与星形中性点连接处与地之间接的放电间隙(击穿保险器)一律拆除。现在采用的电压互感器有三个二次电压绕组,每个绕组的N回路都装设有击穿保险器,如图5所示。在新规定中,并未提到是否取消其它二次电压绕组中的击穿保险器。笔者认为
14、上述提及的所有击穿保险器都应该取消。其理由在于杜绝其他击穿保险器损坏后造成两点接地(尽管不会烧毁电压互感器),显然,这是规程所不允许的。当然,在电压互感器一次未停电而必须要在配电装置处二次回路工作时,一定要做好安全预防措施。6改进的三相四元件的分体式防谐振电压互感器的接线方式由于三相四元件的分体式防谐振电压互感器的接线方式也存在电压互感器可能被烧毁的问题,不少单位和生产厂家也在不断进行完善。其中大连第一互感器有限责任公司对此进行了较好的优化改进:其原理接线如图6所示。其接线已取消了开口三角形两端的短接,避免因电容放电电流使开口三角形绕组烧毁的隐患;使测量零序电压准确;消除主电压互感器采用开口三
15、角形绕组开路方案的固有的在正常运行时其三相电压不平衡及零序电压超标现象;有效地抑制超低频率振荡电流,消除熔断器频繁熔断现象。 采用改进后的三相四元件的分体式防谐振电压互感器的接线方式,一定要注意三相主电压互感器必须选择全绝缘按相电压设计的电压互感器,零序电压互感器可以是全绝缘的,也可以是半绝缘结构的电压互感器。同时,无须附加任何其他消谐措施;二次侧任何绕组不允许有两点接地,否则会烧毁电压互感器。对于电压二次回路各绕组一定要注意连接极性和接线的正确,才能保证输出电压的正确。7结束语目前常采用的电压互感器接线方式主要有两种:分体式三相四元件电压互感器接线或一体化电压互感器接线,都具有防铁磁谐振功能
16、。如在采用时,两者的容量和防铁磁谐振功能都能够满足要求的话,笔者认为采用一体化的电压互感器就更有优点一些。体积小,占地少,价格稍稍便宜。安装及接线简单方便,二次接线已在工厂完成,在现场安装及检修时接线和极性不会出错。交流异步电机软起动及优化节能控制技术全面分析与研究发布日期:2009-7-6 12:11:06(阅166次)关键词: 软起动 节能运行 异步电动机 摘 要:本文对交流异步电动机的软起动和优化节能运行问题作了全面的分析和研究,提出了异步电动机起动和运行的综合控制方案。并研制成功了智能马达优化控制器(IMOC)。关键词:异步电动机 软起动 节能运行 智能马达优化控制器。 1 前 言目前
17、在工矿企业中使用着大量的交流异步电动机(包括380V/660V低压电动机和3KV/6KV中压电动机),有相当多的异步电动机及其拖动系统还处于非经济运行的状态,白白地浪费掉大量的电能。究其原因,大致是由以下几种情况造成的:由于大部分电机采用直接起动方式,除了造成对电网及拖动系统的冲击和事故之外,810倍的起动电流造成巨大的能量损耗。 在进行电动机容量选配时,往往片面追求大的安全余量,且层层加码,结果使电动机容量过大,造成“大马拉小车”的现象,导致电动机偏离最佳工况点,运行效率和功率因数降低。 从电动机拖动的生产机械自身的运行经济性考虑,往往要求电力拖动系统具有变压、变速调节能力,若用定速定压拖动
18、,势必造成大量的额外电能损失。电动机的非经济运行情况,早已引起国家有关部门的重视,并分别于1990年和1995年制定和修定了一个强制性的国家标准:三相异步电动机经济运行(GB12497-1995)。希望依此来规范三相异步电动机的经济运行,国标的发布对低压电动机的经济运行起了很大的促进作用,但对中压电动机则收效甚微。其原因是:(1)中压电动机一般容量较大,一旦发生故障,其影响也大,因此对节电措施的可靠性的要求就更高;(2)中压电动机节电措施受电力电子功率器件耐压水平的限制,节电产品的开发在技术上难度更大一些。到目前为上,国内尚无成型的中压电动机软起动和节电运行的产品面市。2 异步电动机的软起动由
19、于工业生产机械的不断更新和发展,对电动机的起动性能提出了越来越高的要求,归纳起来有以下几个方面: 要求电动机有足够大的,并且能平稳提升的起动转矩和符合要求的机械特性曲线; 尽可能小的起动电流; 起动设备尽可能简单、经济、可靠,起动操作方便; 起动过程中的功率消耗应尽可能的少。根据以上相互矛盾的要求和电网的实际情况,通常采用的起动方式有两种:一种是在额定电压下的直接起动方式,另一种是降压起动方式。 2.1 直接起动的危害直接起动是最简单的起动方式,起动时通过闸刀或接触器将电动机直接接到电网上。直接起动的优点是起动设备简单,起动速度快。但是直接起动的危害很大;电网冲击:过大的起动电流(空载起动电流
20、可达额定电流的47倍,带载起动时可达810倍或更大),会造成电网电压下降,影响其他用电设备的正常运行,还可能使欠压保护动作,造成设备的有害跳闸。同时过大的起动电流会使电机绕组发热,从而加速绝缘老化,影响电机寿命。 机械冲击:过大的冲击转矩往往造成电动机转子笼条、端环断裂和定子端部绕组绝缘磨损,导致击穿烧机;转轴扭曲,联轴节、传动齿轮损伤和皮带撕裂等。 对生产机械造成冲击:起动过程中的压力突变往往造成泵系统管道、阀门的损伤,缩短使用寿命;影响传动精度,甚至影响正常的过程控制。 所有这些都给设备的安全可靠运行带来威胁,同时也造成过大的起动能量损耗,尤其当频繁起停时更是如此。因此对电动机直接起动有以
21、下限制条件:生产机械是否允许拖动电动机直接起动,这是先决条件;电动机的容量应不大于供电变压器容量的1015%;起动过程中的电压降U应不大于额定电压的15%。对于中、大功率的电动机一般都不允许直接起动,而要求采用一定的起动设备,方可完成正常的起动工作。2.2 老式降压起动方式的适用场合及性能比较: 降压起动的目的是减小起动电流,但它同时也使起动转矩下降了。对于重载起动,带有大的峰值负载的生产机械,就不能用这种方式起动。传统的降压起动有以下几种方法:(1)星形/三角形转换器:这种方法适用于正常运行时定子绕组采用接法的电动机。定子有六个接头引出,接到转换开关上,起动时采用星形接法,起动完毕后再切换成
22、接法。起动电压为220V,运行电压为380V。这种起动设备的优点是起动设备简单,起动过程中消耗能量少。缺点是有二次电流冲击,设备故障率高,需要经常维护,所以不宜使用在频繁起动的设备上。在转换过程中,由于瞬变电势和电动机剩磁产生的电势往往与电源电压有相位差,严重时会产生电压相加,引起过大的冲击电流和电磁转矩,因此大大地限制了它的使用。由于起动电压为运行电压的 ,故其起动转矩为额定转矩的1/3,只能用在空载或轻载(负载率小于1/3)起动的设备。在电动机轻载或空载运行时,也可利用该起动设备作降压运行,以提高电动机的功率因数和效率。 (2)自耦变压器降压起动:三相自耦变压器(也称补偿器)高压边接电网,
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