CVT一次隔离开关操作对变压器过励磁保护影响的研究 _知识百科

目前，作为电力系统电能计量、继电保护及载波通信的主要设备330kV电容式电压互感器（以下简称CVT）在西北地区电力系统中得到了广泛使用。
由于CVT本身结构中含有饱和电感和电容储能元件，其一次隔离开关操作时的暂态性能会对变电站继电保护正确动作产生影响，进而影响电力系统的正常安全运行。例如， 2000年铜川330kV桃曲变电站值班员操作330kV母CVT次隔离开关撤运时，开断330kV母C相CVT次刀闸隔离开关后， 1号主变微机过励磁保护动作，跳开变压器三侧开关。 1号主变退出运行。事故发生前变电站内一次和二次设备都正常运行。 2005年铜川330kV金锁变电站也发生了类似的事故。笔者主要研究操作330kVCVT次隔离开关过程中其二次电压情况，并分析其对主变过励磁保护动作的影响。
1CVT次刀闸操作暂态仿真由于CVT回路中存在带铁心的变压器，当系统操作出现较大幅值的过电压时，会导致CVT中的中间变压器铁心饱和，铁心饱和后，其激磁支路相当于非线性电感，在此作用下CVT正常的一次和二次之间的线性关系遭到破坏。二次电压中激发出了不同频率的谐波分量并出现波形畸变，二次电压已经不能正确反映电压，互感器处于失稳状态⑴ 。这种情况很可能导致系统继电保护误动作。电磁暂态计算程序（以下简称EMTP）是研究电力系统暂态性能的重要工具。笔者使用可视化版本ATP软件对操作CVT一次隔离开关过程中的暂态过程进行仿真计算。
由于该330kV变电站所采用的CVT―次隔离开关是分级操作，在操作过程中各相的操作会有比较大的时间差，仿真计算时只操作一相CVT，其他两相CVT―次不动作。
1.1CVT―次刀闸分闸操作开断CVT―次隔离开关的瞬时对于母线电压的相位是随机的。对于已经确定的变电站设备和CVT，开断CVT―次隔离开关操作过电压操作的主要影响因素是分闸时电压相位。
是在A、B两相CVT正常运行，母线C相电压相位为0.、45°和90.时开断C相CVT―次隔离开关时二次电压波形图。是在A、B两相CVT撤出运行时， C相CVT―次隔离开关在母线电压相位为90.开断时二次电压波形图。从仿真计算结果可以看出，在变电站正常运行时，开断CVT―次隔离开关操作过程中，二次电压振荡减小到零。开断时，母线电压相位对二次电压的影响非常微小，可忽略。
CVT―次隔离开关在开断过程中重燃现象是有可能发生的。考虑一次隔离开关开断过程中发生一次重燃的情况，二次绕组电压波形见。从波形图可以看出，如果在开断CVT―次隔离开关过程中一次隔离开关处发生重燃，二次电压将出现严重的过电压，最高幅值达到正常值的7.4倍，随后振荡消失。
1.2CVT―次隔离开关合闸操作考虑系统中其他参数不变的情况下，在电压相角为0.， 45.和90.时，分别仿真计算CVT―次隔离开关合闸时二次电压的情况，其二次电压波形见。从仿真计算结果可以看出，在电压相角为0时合闸， CVT二次电压波形发生了微小的畸变，但是二次电压幅值比较低，持续4个周波消失。 60.时已经开始畸变，持续时间只有4个周波。在90.合闸时，波形畸变最为严重，幅值达到了正常值的1.5倍，但持续时间也只有5个周波。
1.3影响CVT暂态性能的因素对于一定规格的CVT产品，其电容C的大小是一定的，影响其暂态性能的因素主要有阻尼器参数和电压互感器的铁心磁密。
1.3.1阻尼参数的影响速饱和阻尼器主要包括速饱和电抗器和阻尼电阻。速饱和电抗器的作用在于，当发生谐振时，速饱和电抗器饱和，电抗值下降，此时将与其串联的电阻接通，达到了阻尼谐振的作用。阻尼电阻值的选取将直接影响阻尼的效果。 CVT阻尼电阻的大小要与电抗器在过电压工频加分次谐波作用下的电抗值相匹配，以使在同样过电压下产生的阻尼功率达到最大值。同时阻尼器电路的电流也应该大于电抗器铁心达到饱和的最小电流，否则需要调整电抗器的设计，阻尼电阻的选择应该在一个特定的范围之内。根据计算，研究的330kVCVT所使用的阻尼电阻应小于19.06⑶5.在1.2部分330kVCVT的阻尼电阻值为8.m.现将阻尼电阻值改为2D和20D进行仿真计算。仿真计算后二次电压波形见。从可以看出，当阻尼电阻取值比较小时， CVT发生了持续的铁磁谐振，二次电压波形发生了比较大的畸变，电压幅值达到了额定值的1.55倍；当阻尼电阻增加到20D时，阻尼的效果明显改善，谐振在4个周波内消除。在合理范围内，取较大的阻尼电阻有利于谐振的抑制。
1.3.2电压互感器铁心磁密对铁磁谐振的影响1.2部分仿真计算时CVT电压互感器磁密比较低，其磁密曲线见中曲线1.现在选取磁密较高铁心来仿真计算。其磁密曲线见中曲线2.从可以看出，当铁心磁密较大时， CVT在一次刀闸合闸时发生了铁磁谐振，二次电压波形发生了很严重的畸变，电压最大幅值达到额定值的3.36倍，但由于速饱和阻尼器的作用，谐振在6个周波内消失。
会导致主变过励磁保护动作。
2CVT二次绕组感应电压分析bookmark3变电站停运某母线或CVT时，必须先将I母、母的CVT并列运行，以防运行保护装置失压，之后再进行倒闸操作。在倒闸过程中，各相CVT―次隔离开关操作也有严格顺序。在撤运某母线CVT时，必须先开断带有辅助接点的一次隔离开关，使两个根据以上仿真计算结果， CVT―次隔离开关合闸操作过程中会有铁磁谐振现象产生，但是在速饱和阻尼器作用下谐振现象很快消失，电压幅值和持续时间都达不到主变过励磁保护动作的门坎值，不母线CVT开口三角绕组断开，避免两个开口三角绕组的并联。而在投运CVT时，也要严格按照操作顺序操作，避免开口三角绕组在一次隔离开关操作过程中并联。开口三角绕组并接原理见。
如果操作顺序不正确，致使操作过程中的两个开口三角绕组并联，将导致一个开口三角上产生不平衡电压，叠加到另一个开口三角绕组上，再通过耦合导致二次绕组电压发生变化。如果母一相CVT撤运或两相CVT撤运，那么开口三角绕组将有100V的电压。又由于并联后的两个开口三角绕组的6个CVT剩余绕组串联， I母、母开口三角绕组各分得50V电压，每相CVT剩余绕组将分得50/3V电压。 50/3V的电压将通过电压互感器传递使I母CVT二次绕组上产生一定的电压，并叠加到I母各相运行电压上。
CVT的二次与三次的变比为（100/姨）/100=0.577，则50/3V耦合到二次绕组上的电压为9.62V左右。
以下对两种情况进行分析。
情况1：变电站中I母CVT正常运行，进行母CVT投入运行操作，母A相CVT―次隔离开关带有辅助接点。假设首先合上母A相CVT次刀闸，此时在母CVT的开口三角绕组上产生100V的电压。由于I母开口三角绕组此时与母开口三角绕组串联， I母各相CVT剩余绕组叠加了50/3 V的电压。此时I母各相CVT二次绕组电压向量图见。经过计算可知/=9.62， =57.7V，了额定值的1.17倍。同样在I母CVT正常运行时，撤运母CVT时，如果首先撤运了B相和C相CVT，只留下A相运行，也会发生同样的问题。
情况2：变电站中I母CVT正常运行，进行母CVT撤出运行操作，母A相CVT―次隔离开关不带辅助接点。假设首先开断母A相CVT―次隔离开关，此时在母CVT的开口三角绕组上产生100V的电压， I母各相CVT电压向量见0.I母B相和C相CVT二次电压升高到63.1V左右，为额定电压的1.09倍，而I母A相CVT二次电压则减小到48.1 V.在投运母CVT的过程也会有同样的情况发生。
根据以上分析和变电站提供的事故记录， 330kV桃曲变电站和330kV金锁变电站的主变过励磁保护误动作应该属于上述情况。操作人员在撤运桃曲330kV母CVT时，操作顺序错误，首先拉开C相CVT―次隔离开关，接着开断A相CVT次隔离开关，而带有辅助接点的B相CVT―次隔离开关最后才开断，导致I母和母开口三角绕组的并联没有断开。 I母B相CVT二次电压升高到72.1V，达到了主变过励磁保护的动作门坎值，保护动作。金锁变电站事故是发生在投运线路CVT过程中，操作人员操作顺序错误，首先合上了带有辅助接点的一次隔离开关，致使金韩线A相CVT二次电压升高，达到主变过励磁保护的动作门坎值，保护动作。
3结论仿真计算结果表明， CVT―次隔离开关合闸过程中会有一定的铁磁谐振发生，导致二次侧电压波形发生畸变，幅值升高。但由于电压幅值升过的幅度很小，并且持续的时间也很短，达不到主变过励磁保护动作的门坎值，主变过励磁保护不会动作。如果操作人员在CVT投运或撤运过程中操作顺序错误，致使两个母线CVT的开口三角绕组并联，那么一个开口三角绕组的不平衡电压将平均分配到六个（下转第118页）（30年），同时其成本非常昂贵，这是阻碍电子式电流互感器产业化的另外一个关键因素。所以，目前高压侧的供能方法一般是采取复合供能的方式：一次电流较大时，采用CT供电方式；次电流较小时，采用激光供能方式。这种方法可以尽量降低大功率激光器工作的时间，延长其寿命。但是，也存在两个问题：①线路检修后合闸时， CT供能需要有一个较长的建立时间，此时只能依靠激光供能，但如果此时激光器失效，将直接导致互感器不能正常工作，所以，一般要求采用两个激光器：一用一备，但这进一步加大了成本。 CT和激光器的切换控制，必须有―个合理的控制策略，不能出现供能的“真空”，即一个切换了，另外一个还没有开始供能，所以需要实现两种方式切换的预判。并且， CT供能方式还需要考虑系统短路时，一次短路电流的冲击可能造成CT的损坏。这些因素的存在将直接导致供能系统比较复杂，可靠性降低。
4可靠性设计如前所述，电子式互感器具有明显优于传统互感器的诸多特点，但由于电子式互感器包含了传感技术、电子技术、高电压技术、光电子技术、计算机网络技术等多学科交叉领域的知识体系，其整体技术难度较大。电子式互感器最终能否全面替代传统互感器，取决于其长期运行的可靠性。电子式互感器可靠性设计包含以下主要内容。
4.1冗余设计冗余设计是提高设备可靠性的常用方法。在电子式电流互感器中，构成保护通道的空芯线圈、A/D转换器都必须采用双重化的冗余设计。
4.2自检功能设计对于关键器件，例如：电源模块、A/D变换器等（上接第115页）CVT剩余绕组上，并耦合到CVT二次绕组上与原有的电压叠加。电压最高的一相CVT二次绕组电压将达到正常值的1.17倍，加之是手动分级操作时间比较长，达到了主变过励磁保护的动作门坎值，保护发生误动作。
为了避免此类事故的发生操作人员应严格按照操作次序操作CVT―次隔离开关。相关单位也可以对有关设备进行改进。如：改变主变过励磁保护的动作判据，当母线CVT和线路CVT的二次电压同时升高时，再判定主变过励磁，启动主变过励磁保护动作。如果只有线路或母线CVT二次电压升高，则不必须具有基本的自检功能。
4.3电磁兼容设计采用CT供电或CT复合型供电的电子式互感器，需要采取保护措施，使得一次短路时的大电流冲击不会对供能CT构成损坏。同时，还必须考虑一次短路电流对低功率铁芯线圈后续取样电路的冲击及较大的di/dt对空芯线圈后续保护通道电子电路的冲击。
4.4安全性设计由于采用了大功率激光器供能，必须采取保护措施，以防大功率激光在运行维护中可能对运行维护人员造成的伤害。推荐的方法：在大功率激光器正常工作时，一旦检测到电源模块掉电，立刻停止激光器的工作，以防供能光纤回路出现问题危及人员安全。
5结论电子式互感器是目前被广泛关注的新型电力设备，而其中关键技术的精细研究是直接关系到电子式互感器最终能否达到电力系统高安全性、稳定性、可靠性要求的重要因素。