電力系統諧振消除方法的探討和分析

電力系統鐵磁諧振一直影響著(zhù)電氣設備和電網(wǎng)的安全運行，特別是對中性點(diǎn)不直接接地系統，鐵磁諧振所占的比例較大，因此對此類(lèi)鐵磁諧振問(wèn)題研究得較多。

　　本文針對電力系統諧振消除方法進(jìn)行探討和分析，并提出一些意見(jiàn)，為相關(guān)工作者提供參考。

引言

　　電力系統中過(guò)電壓現象較為普遍。引起電網(wǎng)過(guò)電壓的原因主要有諧振過(guò)電壓、操作過(guò)電壓、雷電過(guò)電壓以及系統運行方式突變，負荷劇烈波動(dòng)引起系統過(guò)電壓等。其中，諧振過(guò)電壓出現頻繁，其危害很大。

　　過(guò)電壓一旦發(fā)生，往往造成系統電氣設備的損壞和大面積停電事故發(fā)生。據多年來(lái)電力生產(chǎn)運行的記載和事故分析表明，中低壓電網(wǎng)中過(guò)電壓事故大多數是由于諧振現象引起的。日常工作中發(fā)現，在刮風(fēng)、陰雨等特殊天氣時(shí)，變電站35kV及以下系統發(fā)生間歇性接地的頻率較高，當接地使得系統參數滿(mǎn)足諧振條件時(shí)便會(huì )發(fā)生諧振。

　　同時(shí)產(chǎn)生諧振過(guò)電壓。諧振會(huì )給電力系統造成破壞性的后果：諧振使電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生大量附加的諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設備的效率，影響各種電氣設備的正常工作;導致繼電保護和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，并會(huì )使電氣測量?jì)x表計量不準確;會(huì )對鄰近的通信系統產(chǎn)生干擾，產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，甚至使通信系統無(wú)法正常工作。

　　諧振及鐵磁諧振

　　諧振是一種穩態(tài)現象，因此，電力系統中的諧振過(guò)電壓不僅會(huì )在操作或事故時(shí)的過(guò)渡過(guò)程中產(chǎn)生，而且還可能在過(guò)渡過(guò)程結束后較長(cháng)時(shí)間內穩定存在，直到發(fā)生新的操作諧振條件受到破壞為止。所以諧振過(guò)電壓的持續時(shí)間要比操作過(guò)電壓長(cháng)得多，這種過(guò)電壓一旦發(fā)生，往往會(huì )造成嚴重后果。運行經(jīng)驗表明，諧振過(guò)電壓可在各種電壓等級的網(wǎng)絡(luò )中產(chǎn)生，尤其在35kV及以下的電網(wǎng)中，由諧振造成的事故較多，已成為系統內普遍關(guān)注的問(wèn)題。

　　因此，必須在設計時(shí)事先進(jìn)行必要的計算和安排，或者采取一定附加措施(如裝設阻尼電阻等)，避免形成不利的諧振回路，在日常工作中合理操作防止諧振的產(chǎn)生，降低諧振過(guò)電壓幅值和及時(shí)消除諧振。在6~35kV系統操作或故障情況下，系統振蕩回路中往往由于變壓器、電壓互感器、消弧線(xiàn)圈等鐵芯電感的磁路飽和作用而激發(fā)起持續性的較高幅值的鐵磁諧振過(guò)電壓。

　　鐵磁諧振可以是基波諧振、高次諧波諧振、分次諧波諧振，其共同特征是系統電壓升高，引起絕緣閃絡(luò )或避雷器爆炸；或產(chǎn)生高值零序電壓分量，出現虛幻接地現象和不正確的接地指示；或者在PT中出現過(guò)電流，引起熔斷器熔斷或互感器燒壞；母線(xiàn)PT的開(kāi)口三角繞組出現較高電壓，使母線(xiàn)絕緣監視信號動(dòng)作。各次諧波諧振不同特點(diǎn)主要在于：分次諧波諧振三相電壓依次輪流升高，超過(guò)線(xiàn)電壓，一般不超過(guò)2倍相電壓，三相電壓表指針在相同范圍出現低頻擺動(dòng)。

　　基波諧振時(shí)，兩相電壓升高，超過(guò)線(xiàn)電壓，但一般不超過(guò)3倍相電壓，一相電壓降低但不等于零。

　　高次諧波諧振時(shí)，三相電壓同時(shí)升高或其中一相明顯升高，超過(guò)線(xiàn)電壓，但不超過(guò)3~3.5倍相電壓。

　　諧振事故解決方法

　　PT在正常工作時(shí)，鐵芯磁通密度不高，不飽和;但如果在電壓過(guò)零時(shí)突然合閘、分閘或單相接地消失，這時(shí)鐵芯磁通就會(huì )達到穩態(tài)時(shí)的數倍，處于飽和狀態(tài)，這時(shí)，某一相或兩相的激磁電流大幅度增加，當感抗與容抗參數匹配恰當(滿(mǎn)足諧振條件)時(shí)，即會(huì )發(fā)生諧振，即鐵磁諧振。發(fā)生諧振時(shí)，會(huì )在電感和電容兩端產(chǎn)生2～3.5倍額定電壓的過(guò)電壓和幾十倍額定電流的過(guò)電流，通過(guò)PT的電流遠大于激磁電流，嚴重時(shí)會(huì )燒壞PT及其它設備。

　　防止諧振過(guò)電壓的一般措施

　　提高斷路器動(dòng)作的同期性。由于許多諧振過(guò)電壓是在非全相運行條件下引起的，因此提高斷路器動(dòng)作的同期性，防止非全相運行，可以有效防止諧振過(guò)電壓的發(fā)生。

　　在并聯(lián)高壓電抗器中性點(diǎn)加裝小電抗。用這個(gè)措施可以阻斷非全相運行時(shí)工頻電壓傳遞及串聯(lián)諧振。

　　破壞發(fā)電機產(chǎn)生自勵磁的條件，防止參數諧振過(guò)電壓。

　　防止諧振過(guò)電壓的具體措施

　　35kV系統中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈(加裝消諧電阻)接地，并在過(guò)補償方式下運行，它的電壓作用在零序回路中。

　　盡量減少6~35kV系統并聯(lián)運行的PT臺數。

　　凡是6~35kV母線(xiàn)分段的變電所，若母線(xiàn)經(jīng)常不分段運行，應將一組PT退出作為備用；電力客戶(hù)的6~10kVPT一次側中性點(diǎn)一律為不接地運行③更換伏安特性不良的6~35kVPT。

　　6~35kV一次側中性點(diǎn)串聯(lián)阻尼電阻或二次側開(kāi)口三角形繞組并聯(lián)阻尼電阻或消振器。

　　6~10kV母線(xiàn)裝設一組Y形接線(xiàn)中性點(diǎn)接地的電容器組。

　　在10kVPT高壓側中性點(diǎn)串聯(lián)單相PT。在實(shí)際工作中諧振的發(fā)生往往伴隨著(zhù)接地故障，很多時(shí)候甚至就是由接地引起的，消除諧振常常采取的有效方法是改變系統運行方式以改變系統參數，破壞諧振條件。改變系統運行方式經(jīng)常通過(guò)以下途徑實(shí)現：

　　投退電容器。

　　增投線(xiàn)路。

　　若變電站有一臺以上數目的主變，可視具體運行情況將原本并列(分列)運行的變壓器分列(并列)。

　　母線(xiàn)并解列。

　　若上述方法不能消振，應采用尋找線(xiàn)路單相接地故障的方法進(jìn)行選線(xiàn)，選出故障線(xiàn)路后，立即將其切除。選線(xiàn)原則參照系統單相接地故障處理方法。此方法是最有效最能解決問(wèn)題的，但往往不一定能準確及時(shí)判斷出接地線(xiàn)路，以致延誤消振時(shí)間，所以，工作中為及時(shí)消除諧振一般先考慮選擇上述四種途徑。

　　總結

　　針對某110kV變電站諧振事故，利用諧振原理與知識，分析了此次事故發(fā)生的原因，并結合實(shí)際工作經(jīng)驗對諧振過(guò)電壓給出了多種控制措施和方法，以便具體工作中借鑒和運用，有效提高系統運行穩定性，提高供電安全性和可靠性。