试论电力系统谐振消除方法的研究

       【论文关键词】电力系统　谐振　方法

　　【论文摘要】电力系统铁磁谐振一直影响着电气设备和电网的安全运行，特别是对中性点不直接接地系统，铁磁谐振所占的比例较大，因此对此类铁磁谐振问题研究得较多。本文针对电力系统谐振消除方法进行探讨和分析，并提出一些意见，为相关工作者提供参考。  

　　0.引言 

　　电力系统中过电压现象较为普遍。引起电网过电压的原因主要有谐振过电压、操作过电压、雷电过电压以及系统运行方式突变，负荷剧烈波动引起系统过电压等。其中，谐振过电压出现频繁，其危害很大。过电压一旦发生，往往造成系统电气设备的损坏和大面积停电事故发生。据多年来电力生产运行的记载和事故分析表明，中低压电网中过电压事故大多数是由于谐振现象引起的。日常工作中发现，在刮风、阴雨等特殊天气时，变电站35kV及以下系统发生间歇性接地的频率较高，当接地使得系统参数满足谐振条件时便会发生谐振，同时产生谐振过电压。谐振会给电力系统造成破坏性的后果：谐振使电网中的元件产生大量附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率，影响各种电气设备的正常工作；导致继电保护和自动装置误动作，并会使电气测量仪表计量不准确；会对邻近的通信系统产生干扰，产生噪声，降低通信质量，甚至使通信系统无法正常工作。 

　　1.谐振及铁磁谐振 

　　谐振是一种稳态现象，因此，电力系统中的谐振过电压不仅会在操作或事故时的过渡过程中产生，而且还可能在过渡过程结束后较长时间内稳定存在，直到发生新的操作谐振条件受到破坏为止。所以谐振过电压的持续时间要比操作过电压长得多，这种过电压一旦发生，往往会造成严重后果。运行经验表明，谐振过电压可在各种电压等级的网络中产生，尤其在35kV及以下的电网中，由谐振造成的事故较多，已成为系统内普遍关注的问题。因此，必须在设计时事先进行必要的计算和安排，或者采取一定附加措施（如装设阻尼电阻等），避免形成不利的谐振回路，在日常工作中合理操作防止谐振的产生，降低谐振过电压幅值和及时消除谐振。

在6~35kV系统操作或故障情况下，系统振荡回路中往往由于变压器、电压互感器、消弧线圈等铁芯电感的磁路饱和作用而激发起持续性的较高幅值的铁磁谐振过电压。铁磁谐振可以是基波谐振、高次谐波谐振、分次谐波谐振，其共同特征是系统电压升高，引起绝缘闪络或避雷器爆炸；或产生高值零序电压分量，出现虚幻接地现象和不正确的接地指示；或者在PT中出现过电流，引起熔断器熔断或互感器烧坏；母线PT的开口三角绕组出现较高电压，使母线绝缘监视信号动作。各次谐波谐振不同特点主要在于： 

　　①分次谐波谐振三相电压依次轮流升高，超过线电压，一般不超过2倍相电压，三相电压表指针在相同范围出现低频摆动。 

　　②基波谐振时，两相电压升高，超过线电压，但一般不超过3倍相电压，一相电压降低但不等于零。 

　　③高次谐波谐振时，三相电压同时升高或其中一相明显升高，超过线电压，但不超过3~3.5倍相电压。 

　　2.实例分析 

　　2.1事故前系统运行方式 
　　事故前，某110kV变电站有110kV单母分段、35kV单母分段、10kV单母分段运行，10kVI母接511所变、513负荷I线、514负荷II线、518电容器、519电容器运行；10kV母线II段接521电容器、522电容器，电压及负荷均正常；10kV母线II段PT运行。 

　　2.2事故经过 
　　2010年6月21日23时12分，监控语音报警此变电站“10kV母线I段接地”、“10kV母线II段接地”信号，监控屏显示10kV母线II段电压值为： 
　　Ua=6.21kV；Ub=7.03kV； 
　　Uc=7.80kV；3Uo=64.11V。 
　　23时14分，511所变发出“开关分闸”、“511开关电流II段”动作、复归、“511站用保护测控装置告警”、“511开关过负荷告警”、“逆变电源交流失电”复归信号。511所变开关变为“分”位；同时513负荷I线、514负荷II线、518电容器、519电容器发出“线路保护测控装置告警”、“PT断线”信号；521电容器、522电容器发出“保护装置告警”、“电容器PT断线”等信号。随后，后台显示10kV母线II段电压值持续升高，23时15分升高为： 
　　Ua=8.94kV；Ub=9.91kV； 
　　Uc=12.00kV；3Uo=119.97V。 
　　调度值班员于23时18分下令遥控断开514负荷II线开关，电压恢复正常。22日01时50分，巡线人员汇报：514负荷II线机砖厂支线奶牛厂变压器引线熔断后搭在变压器外壳上，操作人员已将分支拉开……。故障排除后合上514负荷II线开关，送电正常，后未见异常情况。 

　　2.3事故原因分析 
　　实例中所涉及变电站的514负荷II线机砖厂支线奶牛厂变压器引线熔断后搭在变压器外壳上后，三相系统对称性被破坏，出现零序电流、中性点偏移和对地电位U0，即开口三角有了零序电压，零序电压叠加在二次侧三相电压上，就出现了二次侧三相电压不平衡现象。事故起因：514负荷II线机砖厂支线奶牛厂变压器引线熔断后搭在变压器外壳上，然后10kV母线接地，系统参数发生变化满足谐振条件，谐振发生之后10kV母线II段三相电压及零序电压迅速升高，由电压波形及数值可知是发生高次谐波谐振（铁磁谐振）。正是谐振导致继电保护和自动装置误动作发出一系列错误信号。此状况下，需要仔细判断真假信号，以便很好地进行事故处理。实例中的事故发生后，当班调度员作出了谐振的准确判断，并根据工作经验进行接地选线，迅速查找出故障线路，并将其切除。 

       3.谐振事故解决方法 

　　PT在正常工作时，铁芯磁通密度不高，不饱和；但如果在电压过零时突然合闸、分闸或单相接地消失，这时铁芯磁通就会达到稳态时的数倍，处于饱和状态，这时，某一相或两相的激磁电流大幅度增加，当感抗与容抗参数匹配恰当（满足谐振条件）时，即会发生谐振，即铁磁谐振。发生谐振时，会在电感和电容两端产生2～3.5倍额定电压的过电压和几十倍额定电流的过电流，通过PT的电流远大于激磁电流，严重时会烧坏PT及其它设备。 

　　3.1防止谐振过电压的一般措施 
　　①提高断路器动作的同期性。由于许多谐振过电压是在非全相运行条件下引起的，因此提高断路器动作的同期性，防止非全相运行，可以有效防止谐振过电压的发生。 
　　②在并联高压电抗器中性点加装小电抗。用这个措施可以阻断非全相运行时工频电压传递及串联谐振。 
　　③破坏发电机产生自励磁的条件，防止参数谐振过电压。

 
　　3.2防止谐振过电压的具体措施 
　　①35kV系统中性点经消弧线圈（加装消谐电阻）接地，并在过补偿方式下运行，它的电压作用在零序回路中。 
　　②尽量减少6~35kV系统并联运行的PT台数。 
　　a.凡是6~35kV母线分段的变电所，若母线经常不分段运行，应将一组PT退出作为备用； 
　　b.电力客户的6~10kVPT一次侧中性点一律为不接地运行③更换伏安特性不良的6~35kVPT。 
　　④6~35kV一次侧中性点串联阻尼电阻或二次侧开口三角形绕组并联阻尼电阻或消振器。 
　　⑤6~10kV母线装设一组Y形接线中性点接地的电容器组。 
　　⑥在10kVPT高压侧中性点串联单相PT。在实际工作中谐振的发生往往伴随着接地故障，很多时候甚至就是由接地引起的，消除谐振常常采取的有效方法是改变系统运行方式以改变系统参数，破坏谐振条件。改变系统运行方式经常通过以下途径实现： 
　　a.投退电容器。 
　　b.增投线路。 
　　c.若变电站有一台以上数目的主变，可视具体运行情况将原本并列（分列）运行的变压器分列（并列）。 
　　d.母线并解列。 
　　若上述方法不能消振，应采用寻找线路单相接地故障的方法进行选线，选出故障线路后，立即将其切除。选线原则参照系统单相接地故障处理方法。此方法是最有效最能解决问题的，但往往不一定能准确及时判断出接地线路，以致延误消振时间，所以，工作中为及时消除谐振一般先考虑选择上述四种途径。 

　　4.总结 

　　针对某110kV变电站谐振事故，利用谐振原理与知识，分析了此次事故发生的原因，并结合实际工作经验对谐振过电压给出了多种控制措施和方法，以便具体工作中借鉴和运用，有效提高系统运行稳定性，提高供电安全性和可靠性。 

　　【参考文献】 

　　［１］于丽敏，徐其军，李京．WGYC－1A 型微机式过压过激磁保护特性分析[J].东北电力技术，2002