电压互感器二次绕组中性点安装过电压的必要性研究

电压互感器二次绕组中性点安装过电压的必要性研究

在具有强烈闪电活性的区域外场的电压传感器（电压）的二次电路的过载电压主要来源于两个方面：一是沿外引用线路影响舞设备，将雷声压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压力压动器。另一方面，由于寺院和电设备的直接插入，在异常接近区域的中性点落下来，导致义务装置或行业的频率接地错误。在大型接地电网中注入最大可能的雷声电流或中断电流，在独立接地网络中注入中断电流，在独立接地网络中注入最小电流流或劳动频率短路电流。在二次组中性点附近注入高压电流时，二次电流交换网络两侧之间的临时或静态电位差非常大，可能超过二次组的承受电压差，对现场电压二次组的中性点施加电压。为此,我国相关规程明确规定,TV的二次回路只允许有一处接地,接地点宜设在控制室内,必要时可以在开关场将TV二次接线圈中性点经放电间隙或氧化锌阀片接地,作为在现场安装处对其中性点实现的附加保护。针对近年来广东电网多次发生因TV二次绕组中性点放电间隙不正确击穿或避雷器异常动作引起TV二次回路两点接地,导致保护误动的事故,广东电网公司立项开展TV二次绕组中性点保护问题的专题研究。如果通过试验和理论计算能论证上述两种过电压不足以对二次回路绝缘造成威胁,则可以取消TV二次中性点装设放电间隙或避雷器,不仅避免了间隙误动、缺陷等造成的二次回路两点接地隐患,还可以将基层单位从每年对现场大量的二次绕组中性点放电间隙或避雷器的检查试验工作中解放出来。本文通过雷电冲击电压模拟试验和模拟计算,确定TV高压侧的雷电侵入波耦合到二次回路的雷电传递过电压水平,论证TV二次中性点装设放电间隙或避雷器的必要性,为取消TV二次中性点装设放电间隙或避雷器的可能性提供依据。1tv和电子冲击源的设计选择比较有代表性的湖南电力电瓷电器厂的JDCF-22(WB)型、上海互感器厂的JCCZ-110型电磁式电压互感器和无锡电力电容器厂的TYD2−110/3√−001H2-110/3-001Η型电容式电压互感器,用于试验室雷电冲击传递过电压试验和数值计算研究。TV二次绕组中性点就地不装设保护措施的二次绕组雷电冲击电压传递试验原理如图1所示。考虑到TV二次绕组中性点由一根传输电缆在开关场几百米处接地,其中性点电压会受电缆的波阻抗影响,且TV二次绕组接有负载,试验中将二次绕组的首端开路,末端接一长电缆以模拟现场情况,并在电缆末端接入一个阻值为50Ω的电阻R,在二次绕组末端处(B点)挂高压探头,用示波器测量二次绕组末端的感应电压。鉴于试验条件的限制,全部模拟试验均只选择一个二次绕组(如端子1U、1N)进行,测量1N的对地电压,其余空置的二次绕组开路并一点接地。模拟雷电冲击的试验设备为江都高压电器厂的±2400kV冲击电压发生器(选配HAEFELY公司测控系统和740暂态记录仪),选用波头(波尾)时间为1.2μs(50μs)的负极性雷电冲击全波作为基本试验波形(如图2所示),并根据试验需要,调整波头时间。用于仿真计算的TV相关电容参数如图3所示,其中:C1为高低压绕组之间的电容;C2为低压绕组中性点对地电容;C3为电压绕组中性点对其他几个绕组间的电容之和。雷电波侵入TV绕组时,绕组间的电压传递基本上按静电耦合和电磁耦合产生。在冲击条件下,TV线圈呈现出一个含有电感、电容、电阻等分布参数的复杂网络。为了分析方便,常用集中参数的链型网络作为等值电路来分析计算线圈波过程,其中电感、电容参数的大小不仅取决于线圈的几何结构尺寸,还与工艺及冲击条件有关。在电磁暂态计算软件(alternativetransientsprogram,ATP)中建立了以线饼为单元的TV和电容式电压互感器(capacitorvoltagetransformer,CVT)的仿真模型,分别如图4和图5所示,其中TV的高低压绕组是由5个RLC单元组成。CVT的模型与TV类似,只是前面增加了一个电容分压器单元。图5中Cei为对地电容;C12为高、低压绕组间的电容;Rs、Ls分别为绕组的自阻和自感。线圈中的各种分布电容和杂散电容对线圈中的过渡过程特别是快速暂态过程有实质性的影响,当陡波前冲击电压侵入线圈时,沿线圈的起始电压分布主要由线圈中的电容分布来决定。雷电冲击源采用ATP中cigre.sup模型,它可以任意设置冲击幅值及波头、波尾时间,仿真中用到的波头(波尾)时间有1.2μs(50μs)、0.5μs(50μs)和5μs(50μs)。考虑模拟试验和仿真计算的TV一次侧雷电冲击电压的幅值由TV一次绕组额定雷电冲击耐受水平和保护用避雷器的保护水平两个因素确定,但后者明显低,参考GB11032—2000《交流无间隙金属氧化锌避雷器》关于避雷器标称放电电流下雷电冲击残压的规定,110kVTV和CVT一次侧雷电冲击电压幅值最高取到110kV避雷器的保护水平(280kV),220kVTV最高取到220kV避雷器的保护水平(560kV)。目前关于TV二次回路的雷电冲击耐受水平尚没有相关的标准和规定,参考GB1207—1997《电压互感器》和GB/T4703—2001《电容式电压互感器》,本文保守取为二次端子中性点对地的工频耐受电压的峰值,即3000V×2√≈4242V3000V×2≈4242V。考虑到冲击绝缘水平的增高效应,二次端子中性点对地冲击耐压水平还会更高。2在中性点实现电压二次助理组的中性点的电压传递试验、数值计算结果和分析中性点2.1冲击传递试验和仿真计算110kVTV和CVT二次侧绕组中性点雷电冲击传递试验和仿真计算波形对比如图6和图7所示。仿真结果基本反映了试验的情况,即从波形上看振荡大致相同,过电压的幅值在数值上基本相近。2.2次冲击电压波a表1、图8和图9分别为220kVTV和110kVTV二次绕组中性点未加保护时雷电传递过电压的试验和仿真计算典型结果。从以上试验及其计算结果可知:a)由于绕组内部的电感、电容共同作用,二次侧波形振荡较大,辐值较大的振荡时间约1μs。b)波头对二次侧振荡峰值的影响非常明显,传递过电压幅值均随波头时间的缩短(波形较陡)而上升。在一次冲击电压幅值相同的情况下,与1.2μs波头相比0.5μs波头引起的二次振荡时间超前约1μs,且峰值大了数倍。这是因为二次振荡的峰值主要出现于波头时间内,冲击电压波在线路末端接地情况下要反射负的电压波回到1N点。波头较陡时,这个负的电压波不能在波头时间内到达1N点;而波头较缓时,在波头时间内就有负的电压波反射回来抵消了一部分电压,所以电压峰值较低。同时,波头较陡时,冲击电压的等效频率较高,二次侧感应到的高频分量相应较多,测到的电压幅值也较高。c)对于正常的波头范围和幅值低于相应避雷器保护水平的一次侧雷电冲击电压波,220kVTV和110kVTV二次回路中性点传递的过电压幅值在其绝缘耐受范围内,但当雷电波波头较短(0.5μs以下)或幅值更高时,二次回路中性点传递过电压幅值将急剧升高,中性点传递过电压幅值可达到6～8kV,将超过二次回路中性点的绝缘耐受水平。试验中曾发现110kVTV二次回路绝缘击穿的情况(如图10所示,一次侧施加的试验波头(波尾)时间为1.78μs(50μs),幅值390kV),这种情况需要防范。2.3次回路中性点未加保护时电弧传递电压的测试由于CVT试品的入口电容太大,冲击电压发生器无法输出1.2μs的标准雷电波波头,最小只能得到波头约2.5μs的雷电冲击波形,仿真中考虑了波头较小的情况。表2和图11为110kVCVT二次绕组中性点未加保护时雷电传递过电压的试验和仿真计算典型结果。从表2可以看出:a)由于绕组内部的电感、电容共同作用,CVT二次侧波形同样振荡较大。b)雷电冲击波头对二次侧振荡峰值的影响非常明显,CVT传递过电压幅值随波头时间的缩短(波形较陡)而上升。c)CVT总体的二次回路中性点传递过电压幅值水平非常高,正常的一次侧冲击电压幅值范围,波头时间在2.5～5μs,二次回路中性点传递过电压幅值即达7kV以上;雷电波波头时间在1.2μs以下时将超过10kV。说明CVT的雷电冲击过电压将对二次端子的绝缘耐受将造成很大的威胁,需要重点防范。3电容式电压东南角中性点安装电压为论证电压互感器二次绕组中性点装设过电压保护的必要性,对中性点未加保护的电磁式电压互感器和电容式电压互感器进行了试验室模拟雷电冲击传递试验和数值仿真计算研究。对于正常的波头范围和幅值低于相应避雷器保护水平的一次侧雷电冲击电压波,电磁式电压互感器二次回路中性点传递过电压幅值低于其绝缘耐受水平,但对于波头较短(如0.5μs以下)或幅值更高的雷电波,中性点传递过电压幅值将急剧升高并可能超过中性点的绝缘耐受水平,需要防范。电容式电压互感器总体的中性点传递过电压幅值水平明显高于电磁式电压互感器,正常幅值和波头范围的雷电冲击电压波即可对二次端子的绝缘造成很大的威胁,考虑到目前电容式电压互感器的使用有增多的趋势,需