假设4只TV具有相同的伏安特性,感抗分别为XL1、XL2、XL3、XL4。由于主TV的剩余绕组组成的闭口三角形短接,XL1、XL2、XL3主要是TV绕组漏抗,其值很小,而4TV二次绕组全部开路,XL4主要是TV励磁阻抗,其值较大,因此有XL1=XL2 =XL3;且远小于XL4。此时,每相零序阻抗Xm =X0=XL1 +3XL4≈3XL4。为此,高压侧中性点串人零序TV后,主要有以下优点。
(1)Xm显著增大,从而比较容易实现Xc0/Xm≤0.01(Xc0为系统每相对地分布电容的容抗;Xm为TV每相绕组在额定线电压下的感抗值)条件。
(2)由于3XL4,远大于XL1,系统在外界激发因素下产生的零序电压主要加在4TV上,三相对称电源电压加在1TV~3TV上,因此铁芯不易饱和,提高了发生基频、分频、高频铁磁谐振最低动作电压,起到了抑制过电压、过电流的作用。
(3)中性点接4TV感抗对三相是相同的,1TV~3TV三相感抗有不同变化时使得每相零序阻抗Xm变化相对小得多,产生的零序电压较小,在一般的激发情况下就很难进入饱和区产生谐振。
(4)三相TV剩余绕组接成闭口三角形,其中所感应的零序电流在剩余三角绕组中自成回路,对主TV高压侧产生去磁作用,也可抑制或消除谐振现象。
综上所述,“4TV”接线方式是一种极为有效的消谐措施。
2.2原因分析
虽然“4TV”接线方式能有效防止和消除铁磁谐振过电压,但是电磁式TV还是多次发生烧毁事故和绝缘降低现象。理论分析和运行经验表明,TV发生爆炸和烧毁事故是因其内部出现了过电流。过电压与过电流在实际运行中往往相伴而生,过电压的产生是因外界激发因素发生了变化,所以需从常见的外界激发因素中去寻找TV爆炸的根本原因。根据以上故障过程和零序4TV没有烧毁情况,可排除系统发生了铁磁谐振,认为导致主TV烧毁的外界激发因素应是系统发生了非金属性单相接地故障,在接地消失时引起系统超低频振荡,即接地电弧熄灭后TV高压绕组电感和对地电容组成的零序回路会产生幅值很大且频率仅几赫兹的零序自由振荡电流分量。
在10kV不接地系统中,非金属性单相接地有接地时和接地消失时两个过渡过程。电网A相接地时的电流分布如图2所示。假设Ea =Um sinωt,若A相接地发生在A相电源电压为最大值Um(ωt=π /2)时,则故障点会流过电容电流,接地相(A相)通过故障点放电,
电压降为零,而未接地相(B、C相)电压升高到线电压(瞬时值皆为-1.5Um),其对地电容C0上充以与线电压相应的总电荷Q=2C0 (1. 5Um)= 3 C0Um,此电荷产生的电容电流ic =3ωC0Um以接地点为通路,在电源一导线一大地间流通(因TV的励磁阻抗很大,其中流过的电流很小,不会产生涌流,故可以不考虑)。
当接地故障消失时,电容电流由接地点通往大地的通路被切断,三相对地电压都将力图恢复到正常运行状态水平,即未接地相必须由线电压瞬时恢复到正常相电压水平。未接地相在接地期间充电至线电压下的电荷Q仍保留在系统内,需要寻找泄放通道,而此时主TV和零序TV高压绕组成为系统三相对地的唯一金属通道。三相对地电容(零序电容)3C0存储的电荷只有通过ITV~4TV高压绕组对地放电,形成直流电压分量U0= Q/ (3C0)=Um。由于高压绕组为非线性电感元件,与线路对地电容形成振荡电路,因此在此回路中的电阻相对较小(一般)的情况下,电荷对地泄放过程是一个非周期振荡衰减过程。在振荡衰减过程中,同时存在正序分量和直流电压分量,而对称的正序分量在TV中产生的电流极小,可忽略不计。只考虑直流电压分量作用时,简化的等值电路如图3所示,由于三相电流同时作用在4TV上,因此其等值为3R和3L。
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