1. Причины резонанса
500-киловольтная ГИС-коммутационная станция спроектирована в соответствии с принципом “интеллектуального основного оборудования и сетевого вторичного оборудования”. Высоковольтная сторона ПТ не имеет разъединителя и подключена напрямую к шине ГИС. Анализ диаграмм записи аварий показывает, что при отключении выключателя 5021 емкость разрыва и ПТ образуют последовательную цепь. Кроме того, после параллельного соединения с индуктивностью ПТ, напряжение на шине проявляет индуктивные характеристики. Емкость возмущается, вызывая резонанс.
Насыщенный ток длится более 1 часа 40 минут, что приводит к нагреву ПТ и риску повреждения. Эквивалентная схема включает напряжение источника питания (Es), выключатель (CB), конденсатор разрядки разрыва (Cs), конденсатор шины относительно земли (Ce) и сопротивление и индуктивность первичной обмотки ПТ (Re, Lcu).
Для исследования причины была отключена вторая линия. Проверка сопротивления изоляции ПТ, постоянного сопротивления и давления газа SF₆ не выявила аномалий. Поскольку электромагнитный ПТ является нелинейным индуктором с железным сердечником, а компоненты ГИС-оборудования имеют емкость, в определенных условиях LC-последовательная цепь удовлетворяет условиям резонанса, вызывая непрерывный резонанс.
2. Научные решения по подавлению резонанса
2.1 Предложение решения
Резонанс ПТ часто встречается на 500-киловольтных ГИС-коммутационных станциях. Магнитная проницаемость ферромагнитных материалов изменяется с внешним магнитным полем: при увеличении магнитного поля → магнитная индукция возрастает. После насыщения проницаемость достигает пикового значения. С дальнейшим увеличением проницаемость уменьшается. Согласно формуле индукции катушки:
(N - число витков, μ - магнитная проницаемость, S - эквивалентная площадь сечения магнитного контура, и lm - эквивалентная длина магнитного контура), число витков и параметры магнитного контура электромагнитного ПТ постоянны, и индуктивность имеет линейную зависимость от проницаемости; когда сердечник насыщен, проницаемость резко падает, индуктивность становится меньше, проявляя нелинейные характеристики. Если в цепи появляется низкочастотное напряжение, сердечник ПТ насыщается, эквивалентная индуктивность уменьшается, и ток возбуждения обмотки возрастает в сотни раз, вызывая резонансный нагрев.
Для подавления резонанса предлагаются следующие решения:
Изменение последовательности включения/выключения: при отключении шины сначала выключите ПТ, затем шину; при включении сначала зарядите шину, затем включите ПТ. Это может нарушить условия резонанса, но требует изменения последовательности операций, и ПТ должен быть оснащен разъединителем.
Удаление емкости разрыва выключателя: это может устранить условия резонанса, но снизит прерывательную способность выключателя.
Подключение демпфирующего сопротивления: с учетом реальной ситуации подключите демпфирующее сопротивление к оставшемуся кабельному набору ПТ шины для подавления перенапряжений и перетоков резонанса.
2.2 Обработка аварии
На входящей линии ПТ 500-киловольтной ГИС-коммутационной станции во время отключения повторялся резонанс, повреждающий ПТ и влияющий на работу оборудования. Во время операции отключения входящей линии (переключение на горячий резерв → холодный резерв и т.д.) ПТ все еще резонировал. Поэтому были рассчитаны параметры ПТ, количество витков первичной/вторичной обмотки было скорректировано для снижения плотности магнитного потока и изменения индуктивности; был установлен антирезонансный катушка, и старый ПТ и входящий ПТ были заменены. После наблюдения и статистики резонанс на коммутационной станции не наблюдался, и оборудование работало нормально.
3. Профилактические меры: Установка автоматического оборудования для устранения резонанса
Когда ПТ шины подключен напрямую к шине ГИС, сопротивление ПТ и сопротивление шины относительно земли не учитываются. Пусть индуктивность ПТ будет L, а емкость шины относительно земли C; эти два элемента параллельно образуют импеданс Z, и формула расчета следующая:
Установка автоматического оборудования для устранения резонанса позволяет подавлять резонанс на основе характеристик импеданса.
Чтобы уменьшить влияние резонанса ПТ на 500-киловольтные входящие ПТ ГИС, добавляются воздушные выключатели и нелинейные резисторы к остаточным обмоткам ПТ (через координацию с производителями во время полного отключения) для автоматического устранения резонанса. Требуется план действий в случае аварии резонанса на пустой шине.
Шины 500-киловольтных ГИС используют открытую установку; другие устройства изолированы SF₆ (маленький размер, высокая надежность, интервалы обслуживания более 20 лет, как используется в проекте Три ущелья). Надежные автоматические устранители резонанса (например, типа LXQ с SiC, компактные и простые в установке; WXZ196 на основе микрокомпьютера, высокая степень интеграции для реального времени устранения гармоник) могут предотвратить резонанс.
3.2 Улучшение правил эксплуатации
Для эксплуатации 500-киловольтных ГИС:
Предварительный анализ: идентификация рисков резонанса ПТ; уточнение ролей операторов энергосистемы/системы управления.
Контроль устройств: перед отключением последнего выключателя, разделите шину. Закройте K1/K2 в коробке ПТ; на входе станции активируйте устранитель резонанса шины (закройте K3, подготовьте резисторы).
Мониторинг в реальном времени: система управления отслеживает выключатели и напряжение на шине. Нулевое напряжение = нет резонанса; колеблющееся напряжение = резонанс обнаружен.
Ответ: при резонансе закройте K3, чтобы включить резисторы. Если это неэффективно, откройте разъединители выключателей для ручного устранения.
4. Заключение
Во время проектирования 500-киловольтных ГИС моделируется резонанс ПТ шины для выбора прочных ПТ (предотвращение насыщения сердечника при коммутации). Для существующего резонанса принимаются целенаправленные меры (например, замена шины/ПТ) для обеспечения безопасной работы. Эта система “профилактика-эксплуатация-проектирование” повышает способность противостоять резонансу.
Вход
