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|气体绝缘金属封闭开关设备的电压互感器谐振问题及解决措施( 二 )


当一个开关热备用时 ， C1=540pF ， C2=1166pF ， 电压仿真波形如图5所示 。
|气体绝缘金属封闭开关设备的电压互感器谐振问题及解决措施
本文插图

图5 一次绕组电压仿真波形（一个开关热备）
上述一次绕组电压仿真波形是在原电压互感器结构参数（磁通密度为0.86T）基础上分析计算的 ， 仿真结果与实际录波波形图基本吻合 ， 均为三分频谐振波形 。 仿真计算过程中同样考虑了二次侧增加阻尼绕组的方案 ， 结果显示投入阻尼绕组均能有效抑制谐振 ， 但考虑在二次回路增加阻尼绕组可能会对运行设备造成安全风险 ， 后续解决方案主要还是考虑从改变电压互感器结构参数入手 ， 避免谐振的发生 。
3 谐振问题解决方案
由于某电站GIS已投产 ， 在不改变GIS整体布局的前提下 ， 要彻底解决短引线停电时电压互感器发生谐振的问题 ， 需要对PT产品的结构设计进行改进 ， 即改变PT的电磁参数 ， 破坏谐振条件 。 目前国内大型罐装互感器制造厂采用的优质冷轧硅钢带饱和磁通密度约为1.8～1.9T 。
某电站原PT设计磁通密度为0.86T ， 当发生三分频谐振时 ， PT磁通密度为B1=0.86×3=2.58T ， 远大于冷轧硅钢带的饱和磁通密度 ， 因此可以解释某电站在短引线停电的过程中必然会发生三分频谐振 。
由于现场GIS空间布置原因 ， 在不增加现有PT铁心尺寸的前提下 ， 如何能够进一步降低PT的磁通密度 。
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通过改变一次绕组的匝数改变了电压互感器的一次电感值 ， 这种变化不牵涉到产品主绝缘设计的变化 ， 不需要型式试验 。 调整后的产品仍然可以确保二次绕组容量和准确级的技术要求 ， 也不会对其他设备造成影响 。 改进结构后 ， 由于PT非线性电感的变化可以避开某些工况的谐振电容匹配点 ， 互感器理论上就不会发生谐振 。
3.1 PT第一次优化改进
通过调整电压互感器一、二次绕组匝数 ， 将PT磁通密度由原来的0.860T降低到0.577T 。 新的PT安装至现场后 ， 进行了11次谐振工况验证试验 。 试验结果出现谐振一次 ， 谐振问题由大概率事件转变为小概率事件 ， 但仍未完全消除 。 PT停电后的过渡过程较长 ， 如图6所示（A相过渡过程持续时间最长大约1280ms ， 三相电压峰值643kV ， PT正常运行电压峰值为434kV ， 热备用正常感应电压峰值为180kV） 。
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图6 第一次优化后的工况录波图
第一次PT优化后 ， 磁通密度降低到了0.577T ， 但按照谐振发生的频率三分频计算 ， 在谐振发生时磁通密度B2=0.577×3=1.731T ， PT铁心处于饱和的临界状态 ， 这与现场发生的谐振现象吻合 。
3.2 PT第二次优化改进
依据PT第一次优化改进后的分析复核 ， 通过进一步增加产品的一、二次绕组匝数 ， 将磁通密度降至0.5T ， 操作过程中发生三分频谐振时 ， 磁通密度B3=1.5T ， 远低于铁心的饱和密度1.8～1.9T ， 因此 ， 原理上通过此次改进可有效抑制操作过程中发生的因铁心饱和引起的谐振现象 。
第二次绕组匝数增加后 ， 相应的绕组阻抗增大 ， 产品的误差就会增大 ， 无法保证原设计要求的准确级精度 ， 通过降低原PT二次输出容量 ， 以满足准确级精度的要求 。 第二次产品安装至现场后 ， 经过多次谐振工况验证试验 ， 结果表明谐振问题已彻底解决 。
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图7 第二次优化后的工况录波图
4 GIS进线PT安装位置探讨
110kV及以上电压等级的开关站均有类似PT谐振的问题出现 ， 但主要集中在母线较短的母线电压互感器上 ， 其安装位置是无法改变的 ， 只有通过优化PT的电磁参数去降低谐振事件的发生概率 。 但对于类似某电站进线PT谐振的问题 ， 设计初期可以将进线PT设计在进线隔离开关（50316）靠变压器侧（如图8所示） 。


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