CN109270449A - 高压gis开关站电压互感器铁磁谐振的预警装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压GIS开关站电压互感器铁磁谐振的预警装置及方法，包括电压互感器铁磁谐振预警装置，所述断路器分位信号采集模块对各GIS间隔单元的断路器位置接点进行采集，所述电压信号采集模块对电压互感器二次侧三相相电压进行采集，所述断路器分位信号采集模块与电压信号采集模块分别与铁磁谐振预警信号输出模块电连接。与现有技术相比，本发明能在高压开关站一次设备操作或断路器事故跳闸后，GIS间隔单元发生铁磁谐振时，准确做出判断，并快速向监控***输出预警信号，快速提醒运行人员及时采取措施处理故障，避免发生设备烧损的重大安全事故。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力***中的高压GIS开关站，尤其涉及一种高压GIS开关站电压互感器铁磁谐振预警装置及方法。
背景技术
目前电力***高压GIS开关站中，在高压断路器断口间一般配置有改善断口电压分布特性的并联电容器，在某种特定的场合，如母线停电操作最后一个断路器断开时，GIS某一个设备间隔(包括主变、线路、母线间隔)停电操作最后一个断路器断开时，该间隔内的电压互感器有可能会产生持续的低频高电压，即该电压互感器发生了铁磁谐振。
电压互感器铁磁谐振发生时，可能会产生超过额定电压数倍的过电压，在短短的几分钟内若未采取有效措施处理，其励磁电流很大，可能达到正常电流的几百甚至上千倍，会造成电压互感器过热烧损。因铁磁谐振会产生高电压，如不能及时发现并处理，将造成电压互感器绝缘受损，甚至导致设备损毁；特别是在无法预知的事故跳闸情况下，人工及时发现谐振的难度更大，更容易导致电压互感器损毁。
在目前电力***中，采用的方法是在高压开关站一次设备倒闸操作后，运行值班人员通过观察故障录波波形、倾听一次设备声音、查看电压互感器电压显示等手段来发现铁磁谐振，耗时较长且不易发现铁磁谐振，容易造成故障处理不及时，它会危及电压互感器绝缘，以及导致电压互感器损毁；特别是在无法预知的事故跳闸情况下，人工及时发现铁磁谐振的难度更大，更容易导致电压互感器损毁。目前对该故障原因以及判断都具有滞后性，没有进行深入研究及设计解决。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，在开关站设备发生谐振时，发送预警信号，提醒运行值班人员及时拉开谐振间隔单元断路器靠电压互感器侧隔离开关，破坏谐振参数，避免谐振引起设备烧损，将谐振对设备的危害降到最低的高压GIS开关站电压互感器铁磁谐振的预警装置及方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高压GIS开关站电压互感器铁磁谐振的预警装置，包括电压互感器铁磁谐振预警装置，所述电压互感器铁磁谐振预警装置由断路器分位信号采集模块、电压信号采集模块和铁磁谐振预警信号输出模块组成，所述断路器分位信号采集模块对各GIS间隔单元的断路器位置接点进行采集，所述电压信号采集模块对电压互感器二次侧三相相电压进行采集，所述断路器分位信号采集模块与电压信号采集模块分别与铁磁谐振预警信号输出模块电连接。
作为优选，所述断路器分位信号采集模块对各GIS间隔单元的断路器分位，以及对GIS间隔单元的断路器二次侧稳态相电压Uφ进行采集。
作为优选，所述断路器分位信号采集模块还包括计时器，所述计时器对拉开GIS间隔单元最后一个断路器开始计时的时间T以及整定时间Tset进行采集。
作为优选，所述铁磁谐振预警信号输出模块进行阀值设定并进行预警信号发送。
作为优选，所述铁磁谐振预警信号输出模块与电力***中的监控***通讯连连接。
一种高压GIS开关站电压互感器铁磁谐振的预警方法，在电力***的高压开关站安装电压互感器铁磁谐振预警装置，通过采集断路器分位与GIS间隔单元的断路器二次侧稳态相电压Uφ，在拉开该GIS间隔单元最后一个断路器时开始计时T，在超出整定时间Tset后，电压互感器铁磁谐振预警装置采集的任意一相稳态相电压或稳态分频相电压超过其对应的预警定值，则铁磁谐振预警装置发出告警信号并输送到监控***，从而进行铁磁谐振预警功能。
作为优选，对GIS间隔单元的断路器二次侧稳态相电压Uφ进行分频处理，计算出二次侧1/3、1/5、1/7分频稳态相电压，分别为Uφ(f0/3)、Uφ(f0/5)、Uφ(f0/7)。
作为优选，所述整定时间Tset的取值为0.2s-0.5s。
作为优选，整定时间Tset下的预警定值为二次侧稳态分频相电压定值Uφ(f0/3).set、Uφ(f0/5).set、Uφ(f0/7).set，以及二次侧稳态相电压定值Uφ.set。
作为优选，所述二次侧稳态分频相电压定值Uφ(f0/3).set、Uφ(f0/5).set、Uφ(f0/7).set取值为4V-8V；所述二次侧稳态相电压定值Uφ.set的取值为电压互感器二次侧额定相电压的1/3。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明能在高压开关站一次设备操作或断路器事故跳闸后，GIS间隔单元发生铁磁谐振时，准确做出判断，并快速向监控***输出预警信号，快速提醒运行人员及时采取措施处理故障，避免发生设备烧损的重大安全事故。
附图说明
图1为单母线接线示例图；
图2为铁磁谐振等价回路图；
图3为静电容量的放电振荡形式图；
图4为电压互感器励磁特性图；
图5为C2放电时L上的电流图；
图6为f0/3分频谐振一次侧电压波形图；
图7为f0/5分频谐振一次侧电压波形图；
图8为f0/7分频谐振一次侧电压波形图；
图9为电压互感器铁磁谐振预警装置逻辑图；
图10为电压互感器铁磁谐振预警装置实现示意图。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
实施例：技术问题分析：通过对电力***高压GIS开关站中运行铁磁谐振状况剖析，
1.1电压互感器铁磁谐振的发生条件
GIS高压开关站铁磁谐振是由断路器断口间的电容、GIS母线的对地电容以及电压互感器的非线性电感所构成的串联LC回路在特定条件下产生的。电压互感器容易产生铁磁谐振的条件如下：
1、断路器的每一相必须有一个以上的灭弧装置(含有均压电容器)。
2、电压互感器必须安装在一小部分GIS设备上,在这部分GIS设备的一端必须安装一个或多个断路器，而在另一端安装一个或多个隔离开关，将该部分不与架空线、电缆出线或者变压器相连接。
3、断路器或者隔离开关必须是断开的，它们与电压互感器相反的一侧必须带电。
1.2电压互感器铁磁谐振的现象过程
以某500kV高压开关站为例，该开关站GIS设备采用单母线接线方式，如图1所示，其中GCB表示断路器，DS表示隔离开关，VT表示电压互感器。在运行方式改变时，若GCB2、GCB3已分闸，GCB1最后分闸，则电压互感器VT可能会发生铁磁谐振。参见图1单母线接线示例：图1中断路器断口配置有并联电容器；其铁磁谐振等价回路如图2，其中C1表示断路器断口电容，C2表示GIS母线对地电容，R表示电压互感器一次线圈电阻，L表示电压互感器电感，E表示电源电压。
1.2.1静电容量的放电振荡形式
GCB刚断开的瞬间，GIS母线对地电容C2上残留的电荷(最大相当于E的峰值)会对L进行放电。通常情况下C2一般很小(数千pF)，因此其放电电压是一种低频振荡衰减波形。在R/L/C组成的串联回路中，当满足一定参数条件，即R<4L/C时，其放电电压如图3静电容量的放电振荡形式。
C2上的放电电压和放电电流：
1.2.2电压互感器励磁特性
电压互感器的励磁特性曲线如图4所示，其电感表现为非线性，L1、L2分别为铁芯非饱和状态、饱和状态时的线圈电感。励磁曲线中饱和区域的L相对非饱和区域变化很大(一般L1约为L2的几百倍)。C2放电时，L上的电流变化趋势如图5，VT的工作循环为：O→A→B→A→O→C→D→C→O。
1.2.3电压互感器铁磁谐振的电压波形
GCB断开后，L上会承受由电源E产生的感应电压，数值为E·C1/(C1+C2)，其与振荡衰减波形将进行叠加并补偿衰减的振荡电压，若该感应电压足够大且其相位在某一时刻恰与衰减的低频电压相位相近，就有可能使低频电压的幅值升高且持续存在，即VT发生了铁磁谐振，引起电压互感器过压。设工频为f0，则此时谐振频率一般为f0/3、f0/5、f0/7，它们对应的稳态相电压峰值分别约达375kV、187kV、125kV，折算到电压互感器二次侧电压分别约为68V、34V、23V，谐振一次侧电压波形如图6、图7、图8所示。
通过实践分析，确定了本申请针对的采集点要点的确立，以确保能更加准确、快速发现高压开关站电压互感器铁磁谐振现象。且实施研发设计了本申请的高压GIS开关站电压互感器铁磁谐振预警装置，对可能发生铁磁谐振的GIS间隔单元设备信号进行采集及预警。
一种高压GIS开关站电压互感器铁磁谐振的预警装置，参见图9、图10，电压互感器铁磁谐振预警装置逻辑图和电压互感器铁磁谐振预警装置实现示意图。包括电压互感器铁磁谐振预警装置，所述电压互感器铁磁谐振预警装置由断路器分位信号采集模块、电压信号采集模块和铁磁谐振预警信号输出模块组成，所述断路器分位信号采集模块对各GIS间隔单元的断路器位置接点进行采集，所述电压信号采集模块对电压互感器二次侧三相相电压进行采集，所述断路器分位信号采集模块与电压信号采集模块分别与铁磁谐振预警信号输出模块电连接。
电压互感器铁磁谐振预警装置安装位置灵活，可安装于高压开关设备室、继电保护室或监控机房内，可根据现场实际情况选择安装位置，它采集断路器位置信号和电压互感器二次侧三相相电压，各采集信号使用独立回路，保证信号的可靠性。
所述断路器分位信号采集模块对各GIS间隔单元的断路器分位，以及对GIS间隔单元的断路器二次侧稳态相电压Uφ进行采集。
所述断路器分位信号采集模块还包括计时器，所述计时器对拉开GIS间隔单元最后一个断路器开始计时的时间T以及整定时间Tset进行采集。
所述铁磁谐振预警信号输出模块进行阀值设定并进行预警信号发送。
所述铁磁谐振预警信号输出模块与电力***中的监控***通讯连连接，铁磁谐振预警信号输出模块将报警信号通过硬接线送至监控***开关量采集模块，从而实现铁磁谐振预警功能。
一种高压GIS开关站电压互感器铁磁谐振的预警方法，在电力***的高压开关站安装电压互感器铁磁谐振预警装置，通过采集断路器分位与GIS间隔单元的断路器二次侧稳态相电压Uφ，在拉开该GIS间隔单元最后一个断路器时开始计时T，在超出整定时间Tset后，电压互感器铁磁谐振预警装置采集的任意一相稳态相电压或稳态分频相电压超过其对应的预警定值，则铁磁谐振预警装置发出告警信号并输送到监控***，从而进行铁磁谐振预警功能。
对GIS间隔单元的断路器二次侧稳态相电压Uφ进行分频处理，计算出二次侧1/3、1/5、1/7分频稳态相电压，分别用Uφ(f0/3)、Uφ(f0/5)、Uφ(f0/7)表示，在拉开该间隔单元最后一个断路器GCBn时开始计时，若铁磁谐振预警装置在整定时间之外仍然能够采集到超过定值的稳态相电压或稳态分频相电压，则铁磁谐振预警装置发出谐振预警信号。
T表示拉开该间隔单元最后一个断路器GCBn时开始计时的时间，Tset表示整定时间，Uφ表示二次侧稳态相电压，Uφ.set表示二次侧稳态相电压定值，Uφ(f0/3)、Uφ(f0/5)、Uφ(f0/7)表示计算出的二次侧稳态分频相电压，Uφ(f0/3).set、Uφ(f0/5).set、Uφ(f0/7).set表示二次侧稳态分频相电压定值。
作为优选，所述整定时间Tset的取值为0.2s-0.5s。所述二次侧稳态分频相电压定值Uφ(f0/3).set、Uφ(f0/5).set、Uφ(f0/7).set取值为4V-8V；所述二次侧稳态相电压定值Uφ.set的取值为电压互感器二次侧额定相电压的1/3。这样，铁磁谐振预警装置既能躲开设备正常运行时的不平衡电压，又能可靠采集到断路器分闸后间隔的稳态电压，并且有很高的灵敏性。
安全实用性分析：
电压互感器铁磁谐振预警装置可在开关站设备发生谐振时，上送预警信号，提醒运行值班人员及时拉开谐振间隔单元断路器靠电压互感器侧隔离开关，破坏谐振参数，避免谐振引起设备烧损，将谐振对设备的危害降到最低。特别是开关站事故处理情况下，运行人员发现谐振的难度更大，该铁磁谐振预警装置能解决这一问题。
安全可靠性分析：
电压互感器铁磁谐振预警装置采集的断路器位置信号和电压互感器二次侧三相相电压，各采集信号必须使用独立回路，保证信号的可靠性。报警信号通过硬接线送至监控***开关量采集模块，防止电磁干扰。电压互感器铁磁谐振预警装置在间隔单元内断路器全部分闸后开始计时，超出整定时间Tset后，任意一相稳态相电压或稳态分频相电压超过其对应的预警定值，预警装置能可靠输出谐振报警信号上送至监控***。
以上对本发明所提供的一种高压GIS开关站电压互感器铁磁谐振预警装置及预警方法进行了详尽介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，对本发明的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利要求所规定的构思和范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种高压GIS开关站电压互感器铁磁谐振的预警装置，其特征在于：包括电压互感器铁磁谐振预警装置，所述电压互感器铁磁谐振预警装置由断路器分位信号采集模块、电压信号采集模块和铁磁谐振预警信号输出模块组成，所述断路器分位信号采集模块对各GIS间隔单元的断路器位置接点进行采集，所述电压信号采集模块对电压互感器二次侧三相相电压进行采集，所述断路器分位信号采集模块与电压信号采集模块分别与铁磁谐振预警信号输出模块电连接。
2.根据权利要求1所述的高压GIS开关站电压互感器铁磁谐振的预警装置，其特征在于：所述断路器分位信号采集模块对各GIS间隔单元的断路器分位，以及对GIS间隔单元的断路器二次侧稳态相电压Uφ进行采集。
3.根据权利要求1所述的高压GIS开关站电压互感器铁磁谐振的预警装置，其特征在于：所述断路器分位信号采集模块还包括计时器，所述计时器对拉开GIS间隔单元最后一个断路器开始计时的时间T以及整定时间Tset进行采集。
4.根据权利要求1至3任意一项权利要求所述的高压GIS开关站电压互感器铁磁谐振的预警装置，其特征在于：所述铁磁谐振预警信号输出模块进行阀值设定并进行预警信号发送。
5.根据权利要求4所述的高压GIS开关站电压互感器铁磁谐振的预警装置，其特征在于：所述铁磁谐振预警信号输出模块与电力***中的监控***通讯连连接。
6.根据权利要求1所述的一种高压GIS开关站电压互感器铁磁谐振的预警方法，其特征在于：在电力***的高压开关站安装电压互感器铁磁谐振预警装置，通过采集断路器分位与GIS间隔单元的断路器二次侧稳态相电压Uφ，在拉开该GIS间隔单元最后一个断路器时开始计时T，在超出整定时间Tset后，电压互感器铁磁谐振预警装置采集的任意一相稳态相电压或稳态分频相电压超过其对应的预警定值，则铁磁谐振预警装置发出告警信号并输送到监控***，从而进行铁磁谐振预警功能。
7.根据权利要求1所述的一种高压GIS开关站电压互感器铁磁谐振的预警方法，其特征在于：对GIS间隔单元的断路器二次侧稳态相电压Uφ进行分频处理，计算出二次侧1/3、1/5、1/7分频稳态相电压，分别为Uφ(f0/3)、Uφ(f0/5)、Uφ(f0/7)。
8.根据权利要求6所述的一种高压GIS开关站电压互感器铁磁谐振的预警方法，其特征在于：所述整定时间Tset的取值为0.2s-0.5s。
9.根据权利要求6所述的一种高压GIS开关站电压互感器铁磁谐振的预警方法，其特征在于：整定时间Tset下的预警定值为二次侧稳态分频相电压定值Uφ(f0/3).set、Uφ(f0/5).set、Uφ(f0/7).set，以及二次侧稳态相电压定值Uφ.set。
10.根据权利要求9所述的一种高压GIS开关站电压互感器铁磁谐振的预警方法，其特征在于：所述二次侧稳态分频相电压定值Uφ(f0/3).set、Uφ(f0/5).set、Uφ(f0/7).set取值为4V-8V；所述二次侧稳态相电压定值Uφ.set的取值为电压互感器二次侧额定相电压的1/3。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Ya'an City, Sichuan province 625300 Hanyuan County town ouse sand dam Applicant after: Guoneng Dadu River Pubugou Power Generation Co.,Ltd. Address before: Ya'an City, Sichuan province 625300 Hanyuan County town ouse sand dam Applicant before: GUODIAN DADU RIVER PUBUGOU POWER GENERATION Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information |