關(guān)于諧振過電壓及預(yù)防的技術(shù)措施

關(guān)于諧振過電壓及預(yù)防的技術(shù)措施摘要：諧振過電壓是因電網(wǎng)儲能參數(shù)—電感和電容匹配符合諧振條件而引起的過電壓。在電力生產(chǎn)和電力運(yùn)行的中低壓電網(wǎng)中，由于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(yīng)該了解各種不同類型諧振的性質(zhì)與特點(diǎn)，掌握其振蕩的性質(zhì)和特點(diǎn)，并制訂防振和消振的對策與措施。

關(guān)鍵詞：諧振過電壓；預(yù)防；技術(shù)措施

1.諧振的危害性

在電力供電電網(wǎng)上，諧振過電壓在正常運(yùn)行操作中出現(xiàn)頻繁，其危害性較大；過電壓一旦發(fā)生，往往造成電氣設(shè)備的損壞和大面積的停電事故。多年電力生產(chǎn)運(yùn)行的記載和事故分析表明，中低壓電網(wǎng)中過電壓事故大多數(shù)都是由諧振現(xiàn)象所引起的。由于諧振過電壓作用時(shí)間較長，所引起諧振現(xiàn)象的原因又很多，因此在選擇保護(hù)措施方面造成很大的困難。為了盡可能地防止諧振過電壓的發(fā)生，在設(shè)計(jì)和操作電網(wǎng)設(shè)備時(shí)，應(yīng)進(jìn)行必要的估算和安排，以免形成嚴(yán)重的串聯(lián)諧振回路；或采取適當(dāng)?shù)姆乐怪C振的措施。

目前變電站大部分采用中性點(diǎn)不接地方式運(yùn)行，而最常見的諧振過電壓就是發(fā)生在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中。從電網(wǎng)的運(yùn)行實(shí)踐證明，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中由于電壓互感器鐵心飽和引起的鐵磁諧振過電壓比較多，盡管采取了不少限制諧振過電壓的措施，如：消諧燈、消諧器、PT高壓中性點(diǎn)增設(shè)電阻或單只PT等，但始終沒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(yùn)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2小時(shí)，不致于引起用戶斷電，但隨著中低壓電網(wǎng)的擴(kuò)大，出線回路數(shù)增多、線路增長，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(shè)備損壞和停電事故。

2.產(chǎn)生諧振過電壓的因素

2.1互感器鐵磁諧振過電壓的因素

電壓互感器伏安特性的影響。鐵芯電感的伏安特性愈好，即鐵芯飽和得愈慢，也即諧振所需要的阻抗參數(shù)XC0/XL愈大；反之，諧振所需XC0/XL愈小?？紤]到電力系統(tǒng)中運(yùn)行著的電壓．互感器及系統(tǒng)的具體情況總與模擬情況有差異，因此，對于不同型號、不同出廠日期、不同廠家制造的電壓互感器，其諧振區(qū)域應(yīng)根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)加以確定。

電壓互感器損耗的影響。運(yùn)行著的互感器，一般損耗較大，例如，35kV的互感器其阻尼系數(shù)r/XL為＞15/10000.損耗電阻大，可以吸收一部分能量，對諧振有一定的抑制作用，特別是對1/2頻諧振，這種抑制作用很明顯。

電壓互感器結(jié)構(gòu)的影響?，F(xiàn)場運(yùn)行著的電壓互感器，既有三臺單相電壓互感器組，也有三相五柱電壓互感器，它們在諧振激發(fā)上是不同的。試驗(yàn)研究表明，單相電壓互感器組的起振電壓較三相五柱電壓互感器的低，也就是說，單相電壓互感器組容易激發(fā)諧振。這主要是由于兩者碰路結(jié)構(gòu)的差異，造成零序阻抗不同所致。

單相互感器組零序磁通的磁路和正序磁通的磁路一樣，每相都有自己的閉合回路，因而零序阻抗等于正序阻抗。對三芯玉柱電壓工感器，由于零序磁通經(jīng)過兩個(gè)邊往返回，所以其磁路長，而且鐵芯截面小，因而其零序磁通磁阻較單相互感器組要大得多。由上所述，諧振是由于零序磁通造成的，三芯五柱互感器零序磁通遇到的磁阻大，諧振就不容易產(chǎn)生。

應(yīng)當(dāng)指出，由于磁路的差異，計(jì)算和測量這兩類電壓互感器零序阻抗時(shí)所用的電壓是不同的。由于電網(wǎng)發(fā)生諧振時(shí)，作用在電壓互感器上的電壓是正序電壓與零序諧振電壓的選加，對于單相互感器組，正序電壓和零序電壓合成下的服抗值接近干線電壓下的阻抗值，因此，XL為額定線電壓下的激磁感抗。對于三芯玉柱互感器，零序電壓接近于相電壓，正序電壓對零序電壓阻抗影響不大，所以應(yīng)取相電壓下的相應(yīng)感抗值。

2.2電網(wǎng)零序電容的影響

實(shí)踐可知，諧振區(qū)域與阻抗比XC0/XL有直接關(guān)系，對于1/2分頻諧振區(qū)，阻抗XC0/XL約為0.01~0.08；基波諧振區(qū)，XC0/XL約為0.08~0.8；高頻諧振區(qū)，XC0/XL約為0.6~3.0.當(dāng)改變電網(wǎng)零序電容時(shí)，XC0/XL隨之改變，回路中可能出現(xiàn)由一種借振狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N諧振狀態(tài)。如果零序電容過大或過小，就可以脫離諧振區(qū)域，諧振就不會(huì)發(fā)生。在現(xiàn)場，一般可以測量出電網(wǎng)的對地電容電流，進(jìn)而計(jì)算出對地電容，由XC0/XL估算該電網(wǎng)是否處于諧振區(qū)。若在諸振區(qū)，再進(jìn)一步判定可能是哪一種諧振。除上述情況外，電網(wǎng)零序電容還對諧振過電壓、過電流的大小和諧振頻率有一定影響。

2.3其他影響因素

激發(fā)程度。實(shí)際激發(fā)試驗(yàn)表明，即使阻抗參數(shù)XC0/XL落在諸振區(qū)域內(nèi)，也并不是每次都能激發(fā)起穩(wěn)定的諧振。這是因?yàn)橹C振的產(chǎn)生不僅與XC0/XL有關(guān)，還與電壓沖擊、涌流大小、合閘相角等激發(fā)因素有關(guān)。激發(fā)程度不同時(shí)，互感器飽和程度有異，因此諧振特性就不相同。

回路的阻尼作用。當(dāng)激發(fā)起中性點(diǎn)不穩(wěn)定過電壓后，元論是基波、三次諧波還是1/2分次諧波諧振，總是由電源供給諧振所需的能量。如果輸入和輸出的能量得以平衡，諸波將維持下去；如果能量平衡關(guān)系一旦被破壞，則諧振便會(huì)自動(dòng)消除。根據(jù)諧振原理，增大回路電阻可使諸振區(qū)域縮小，維持諧振所需的電壓提高，從而能阻尼振蕩。

電網(wǎng)頻率的變動(dòng)。電網(wǎng)頻率的變化，使諧振回路中的阻抗參數(shù)發(fā)生變化，是導(dǎo)致諧振現(xiàn)象不穩(wěn)定的重要原因。

電網(wǎng)頻率變動(dòng)可能使諧振現(xiàn)象突然發(fā)生；突然消失；也可能使諧振由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)。

3.采取措施

一是防止電壓互感器鐵磁諧振措施。選擇勵(lì)磁特性好的電壓互感器，使其工作點(diǎn)在伏安特性的線性部分，當(dāng)有激發(fā)因素時(shí)，鐵芯不飽和，也就難于激發(fā)諧振。或改用電容式電壓互感器。在三相電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)加裝消諧器或在電壓互感器二次開口三角處加裝二次消諧器。

二是消弧線圈補(bǔ)償。通過過補(bǔ)、全補(bǔ)和欠補(bǔ)的運(yùn)行方式，來較好地解決此類問題。目前自動(dòng)調(diào)諧接地補(bǔ)償裝置主要是由五大部分組成：接地變壓器、電動(dòng)式消弧線圈、微機(jī)控制部分、阻尼電阻部分、中性點(diǎn)專用互感器和非線性電阻。接地變壓器是作為人工中性點(diǎn)接入消弧線圈。消弧線圈電流通過有載開關(guān)調(diào)節(jié)并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方自動(dòng)控制，