電網(wǎng)諧振過(guò)電壓淺析

電力系統中，過(guò)電壓現象十分普遍。如果沒(méi)有防范措施，隨時(shí)都可能發(fā)生，也隨時(shí)都可以發(fā)現。引起電網(wǎng)過(guò)電壓的原因很多。主要可分為諧振過(guò)電壓、操作過(guò)電壓和雷電過(guò)電壓;其中諧振過(guò)電壓在正常運行操作 中出現頻繁，其危害性較大;過(guò)電壓一旦發(fā)生，往往造成電氣設備的損壞和大面積的停電事故。多年電力生產(chǎn)運行的記載和事故分析表明，中低壓電網(wǎng)中過(guò)電壓事故大多數都是由諧振現象所引起的。由于諧振過(guò) 電壓作用時(shí)間較長(cháng)，所引起諧振現象的原因又很多，因此在選擇保護措施方面造成很大的困難。為了盡可能地防止諧振過(guò)電壓的發(fā)生，在設計和操作電網(wǎng)設備時(shí)，應進(jìn)行必要的估算和安排，以避免達到諧振條件; 或采取適當的防止諧振的措施。

在中低壓電網(wǎng)中，故障的形式和操作方式是多種多樣的，諧振性質(zhì)也各不相同。因此，應該了解各種不同類(lèi)型諧振的性質(zhì)與特點(diǎn)，掌握其振蕩的性質(zhì)和特點(diǎn)，制訂防諧和消諧的對策與措施。

目前，我國 66kV 及以下配電網(wǎng)，仍大部分采用中性點(diǎn)不接地方式運行，一部分采用老式的消弧線(xiàn)圈接地。從電網(wǎng)的運行實(shí)踐證明，中性點(diǎn)不接地系統中一方面由于電壓互感器鐵心飽和引起的鐵磁諧振過(guò)電壓 比較多，盡管采取了不少限制諧振過(guò)電壓的措施，如：消諧燈、消諧器、PT 高壓中性點(diǎn)增設電阻或單只 PT 等，但始終沒(méi)有從根本上得到解決，PT 燒毀、熔絲熔斷仍不斷發(fā)生;另一方面由于中性點(diǎn)不接地運行方 式的主要特點(diǎn)是單相接地后，允許維持一定的時(shí)間，一般為 2h 不致于引起用戶(hù)斷電，但隨著(zhù)中低壓電網(wǎng)的擴大，出線(xiàn)回路數增多、線(xiàn)路增長(cháng)，中低壓電網(wǎng)對地電容電流亦大幅度增加，單相接地時(shí)接地電弧不能自 動(dòng)熄滅必然產(chǎn)生電弧過(guò)電壓，一般為 3—5 倍相電壓甚至更高，致使電網(wǎng)中絕緣薄弱的地方放電擊穿，并會(huì )發(fā)展為相間短路造成設備損壞和停電事故。而采用老式消弧線(xiàn)圈接地方式的系統由于結構的限制，只能運 行在過(guò)補償狀態(tài)，不能處在全補償狀態(tài)，所以脫諧度整定的比較大，約在 20%～30%，對弧光過(guò)電壓無(wú)抑制效果。并需要手動(dòng)調節分接頭，然而此時(shí)卻不能隨電網(wǎng)對地電容電流的變化及時(shí)將電壓調整到最佳的工 作位置，影響功能發(fā)揮，也不適應電網(wǎng)無(wú)人值班變電所的需要。|

因此，我們可以采用自動(dòng)調諧原理的接地補償裝置，通過(guò)過(guò)補、全補和欠補的運行方式，來(lái)較好地解決此類(lèi)問(wèn)題。目前自動(dòng)調諧接地補償裝置主要是由五大部分組成：接地變壓器、電動(dòng)式消弧線(xiàn)圈、微機控 制部分、阻尼電阻部分、中性點(diǎn)專(zhuān)用互感器和非線(xiàn)性電阻。接地變壓器是作為人工中性點(diǎn)接入消弧線(xiàn)圈。消弧線(xiàn)圈電流通過(guò)有載開(kāi)關(guān)調節并實(shí)現遠方自動(dòng)控制，采用予調節方式，即在正常運行方式情況下，根據 電網(wǎng)參數的變化而隨時(shí)調節消弧線(xiàn)圈的分接頭到最佳位置。自動(dòng)跟蹤和自動(dòng)調諧利用微機控制器實(shí)現。通過(guò)測量位移電壓為主和中性點(diǎn)電流與電壓之間的相位，能夠準確的計算、判斷、發(fā)出指令自動(dòng)進(jìn)行調整， 顯示有關(guān)參數：電容電流、電感電流、殘流和位移電壓等。還能追憶、報警、自動(dòng)打印和信號遠送，滿(mǎn)足無(wú)人值班變電所的需要。

自動(dòng)調諧接地補償裝置能夠實(shí)現全補償運行或很小的脫諧度，主要是由于在消弧線(xiàn)圈的一次回路中串入了大功率的阻尼電阻，降低中性點(diǎn)諧振過(guò)電壓的幅值使之達到相電壓的 5%～10%。因為如果當系統的電 容電流與消弧線(xiàn)圈工作電流相等時(shí)，即在諧振時(shí)中性點(diǎn)電壓限制在允許值以下，這樣就可實(shí)現全補償方式，這是殘流為最小的最佳工作方式。接地時(shí)殘流很小，不會(huì )引起弧光過(guò)電壓。所以，可在消弧線(xiàn)圈的一次 回路中串入大功率的阻尼電阻，增大阻尼率的措施來(lái)達到。消弧線(xiàn)圈的脫諧率與電壓及電網(wǎng)的阻尼率有關(guān)，當電網(wǎng)形成后其不對稱(chēng)電壓基本是個(gè)固定值，消弧線(xiàn)圈為保證在單相接地時(shí)有效地抑制弧光過(guò)電壓的產(chǎn) 生，要求脫諧率達到± 5%以?xún)?，那么只有改變阻尼率，才能改變位移電壓，因此應當在消弧線(xiàn)圈回路串入電阻，保證阻尼率，控制中性點(diǎn)位移電壓。在低壓電網(wǎng)中由于中性點(diǎn)不對稱(chēng)電壓很小，為提高測量精度采 用特制的中性點(diǎn)專(zhuān)用互感器，提高檢測靈敏度;非線(xiàn)性電阻的采用對欠補償下的斷線(xiàn)過(guò)電壓和傳遞過(guò)電壓都有明顯的抑制作用。

消弧線(xiàn)圈接入系統必須要有電源中性點(diǎn)，在其中性點(diǎn)上接入消弧線(xiàn)圈，當發(fā)生單相接地時(shí)，流過(guò)變壓器的三相同方向的零序磁通，經(jīng)過(guò)油箱壁絕緣油及空氣等介質(zhì)形成閉合的回路，在油箱鐵心等處產(chǎn)生附加 的損耗，這種損耗是不均勻的，必然要形成局部過(guò)熱，影響變壓器的正常運行和使用壽命。所以接入此類(lèi)接地變壓器的消弧線(xiàn)圈的容量不應超過(guò)變壓器容量的 20%;為滿(mǎn)足消弧線(xiàn)圈接地補償的需要，同時(shí)也滿(mǎn)足 動(dòng)力與照明混合負載的需要，可采用 Z 型接線(xiàn)的變壓器即 ZN，yn11 連接的變壓器。由于變壓器高壓側采用 Z 型接線(xiàn)，每相繞組由兩段組成，并分別位于不同相的鐵心柱上，兩段線(xiàn)圈反極性相連，零序阻抗非常 小?？蛰d損耗低;變壓器容量可以 100%被利用;并能夠調節電網(wǎng)的不對稱(chēng)電壓。由此可見(jiàn)，Z 型接線(xiàn)的變壓器作為接地變壓器是一種比較好的選擇。

目前消弧線(xiàn)圈大部分采用有載調匝式調節方式(也有調容式) ，調節分接頭數一般均大于 9，加寬了調流范圍，以便能夠達到最小的脫諧度;配有有載開(kāi)關(guān)并可以遠方電動(dòng)或自動(dòng)操作;有載開(kāi)關(guān)在預調方式下 工作，即正常調諧是在系統不接地狀態(tài)下切換，安全可靠。消弧線(xiàn)圈調諧是由微機控制器自動(dòng)控制的，調諧時(shí)消弧線(xiàn)圈不須退出運行，克服了老式線(xiàn)圈的一些缺點(diǎn)。

自動(dòng)調諧接地補償裝置, 是將所變柜改造為所變兼接地變柜，加裝開(kāi)關(guān)二組、電流互感器二組及相應二次保護;接地變、消弧線(xiàn)圈為戶(hù)外布置(也可采用干式戶(hù)內布置) 。消弧線(xiàn)圈選用有載調匝式調節方式， 調節檔位應大于 9 個(gè)以上，以便能夠達到最小的脫諧度;正常運行采用過(guò)補償方式，消弧線(xiàn)圈接地回路串接阻尼電阻，以限制中性點(diǎn)電壓;保證脫諧度及中性點(diǎn)的位移電壓在限制范圍內(脫諧度控制在 5%，消弧 線(xiàn)圈的位移電壓不大于相電壓的 15%，故障點(diǎn)殘流不大于 5A 為宜);控制部分采用微機控制自動(dòng)消諧裝置進(jìn)行自動(dòng)補償;能自動(dòng)檢測電網(wǎng)對地電容參數的變化，自動(dòng)和手動(dòng)調整消弧線(xiàn)圈的分接頭，使其運行在最 佳的工作點(diǎn)，保證殘流能降低到可靠熄弧的程度;并能遠方遙控、遙信、遙測和遙調;接地變選用零序阻抗低的 ZN/YN 接線(xiàn)方式;并能夠調節電網(wǎng)的不對稱(chēng)電壓。

對由電壓互感器鐵心飽和引起的鐵磁諧振過(guò)電壓的限制，鐵磁諧振過(guò)電壓的限制目前雖然采取多種形式，取得了一些效果，但都不夠理想。有的裝了消諧器還是產(chǎn)生了諧振過(guò)電壓，這是由于鐵磁諧振過(guò)電壓 本身是一個(gè)非線(xiàn)性過(guò)程，現象比較復雜。我們知道分頻諧振有 1/2、1/3、1/6 及 1/8 等，高頻諧振有 2、3 次，還有工頻諧振，有時(shí)幾種諧振同時(shí)發(fā)生，消諧器不能有效的限制。而且在系統上有多臺 PT 時(shí)，只在某 一臺 PT 的開(kāi)口三角上裝消諧器是很難奏效的，必須要使系統參數發(fā)生較大的變化才能將諧振過(guò)電壓抑制住。

如果在系統的中性點(diǎn)上接入消弧線(xiàn)圈破壞它的諧振條件，就能夠比較有效地抑制諧振過(guò)電壓的發(fā)生。其原理也很簡(jiǎn)單，PT 的勵磁感抗比較大(千歐至兆歐級)，而消弧線(xiàn)圈的感抗(百歐級)比較小，這樣諧振條件 ωL=1/ωC 很難滿(mǎn)足，諧振就不會(huì )發(fā)生。另一方面無(wú)消弧線(xiàn)圈時(shí)單相接地發(fā)生間歇性電弧時(shí)電容上多次充放電造成 PT 燒毀、熔絲熔斷;有了消弧線(xiàn)圈后，電容對小感抗放電，PT 中電流就很小，不會(huì )燒毀了。所以 在中性點(diǎn)接入消弧線(xiàn)圈，對于由電壓互感器鐵心飽和引起的鐵磁諧振過(guò)電壓具有一定的限制作用。