淺析電網(wǎng)諧振過電壓及其抑制

買　亮

摘要：電網(wǎng)過電壓現(xiàn)象非常普遍，針對(duì)諧振過電壓的產(chǎn)生機(jī)理提出了一系列對(duì)策，能有效減少諧振過電壓的產(chǎn)生，避免因此造成的電網(wǎng)危害，降低電力維護(hù)費(fèi)用，并且提出了無人值守變電所的構(gòu)思。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)過電壓諧振抑制變壓器自動(dòng)調(diào)諧

0引言

電網(wǎng)中的過電壓現(xiàn)象十分普遍，隨時(shí)都可能致使電力設(shè)施損毀、區(qū)域性停電，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)引起電網(wǎng)過電壓的原因，主要可將它分為諧振過電壓、操作過電壓和雷電過電壓。其中，諧振過電壓在正常運(yùn)行操作中出現(xiàn)最為頻繁，其危害性也較大。過電壓一旦產(chǎn)生，往往造成電氣設(shè)備的損壞和大面積的停電事故。多年來電力生產(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(zhǎng)，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。

1針對(duì)各種不同類型諧振的性質(zhì)與特點(diǎn)，制訂防振和消振的對(duì)策與措施

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，以避免形成嚴(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。在電力生產(chǎn)和電力運(yùn)行的中低壓電網(wǎng)中，故障的形式和對(duì)應(yīng)的解決方式是多種多樣的，諧振性質(zhì)也各不相同。因此，應(yīng)該針對(duì)各種不同類型諧振的性質(zhì)與特點(diǎn)，制訂防振和消振的對(duì)策與措施。目前，我國(guó)35kV及以下配電網(wǎng)仍大部分采用中性點(diǎn)不接地方式運(yùn)行，一部分采用老式的消弧(消諧)線圈接地。從電網(wǎng)的運(yùn)行實(shí)踐證明，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，一方面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、TV高壓中性點(diǎn)增設(shè)電阻或單只TV等，但始終沒有從根本上解決問題。TV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2h)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(zhǎng)、中低壓電網(wǎng)對(duì)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)展為相間短路進(jìn)而造成設(shè)備損壞和停電事故。而采用老式消弧線圈接地方式的系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)的限制，只能運(yùn)行在過補(bǔ)償狀態(tài)，不能處在全補(bǔ)償狀態(tài)，所以脫諧度整定的比較大，約在20％－30％，對(duì)弧光過電壓無抑制效果，并需要手動(dòng)調(diào)節(jié)分接頭，然而此時(shí)卻不能隨電網(wǎng)對(duì)地電容電流的變化及時(shí)將電壓調(diào)整到最佳的工作位置，影響功能發(fā)揮，也不適應(yīng)無人值守變電所的需要。因此，我們可以采用自動(dòng)調(diào)諧接地補(bǔ)償裝置，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)程自動(dòng)控制，采用即時(shí)調(diào)節(jié)方式，即在正常運(yùn)行方式情況下，根據(jù)電網(wǎng)參數(shù)的變化而隨時(shí)調(diào)節(jié)消弧線圈的分接頭到最佳位置。自動(dòng)跟蹤和自動(dòng)調(diào)諧利用微機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)。通過測(cè)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(zhǔn)確的計(jì)算、判斷、發(fā)出指令自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，顯示有關(guān)參數(shù)，如電容電流、電感電流、殘流和位移電壓等，還能追憶、報(bào)警、自動(dòng)打印和信號(hào)遠(yuǎn)送，滿足無人值守變電所的需要。

自動(dòng)調(diào)諧接地補(bǔ)償裝置能夠?qū)崿F(xiàn)全補(bǔ)償運(yùn)行或產(chǎn)生很小的脫諧度，主要是由于在消弧線圈的一次回路中串入了大功率的阻尼電阻，降低中性點(diǎn)諧振過電壓的幅值使之達(dá)到相電壓的5％－10％，因?yàn)槿绻?dāng)系統(tǒng)的電容電流與消弧線圈工作電流相等時(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(xiàn)全補(bǔ)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)引起弧光過電壓。所以，可在消弧線圈的一次回路中串入大功率的阻尼電阻，增大阻尼率。消弧線圈的脫諧率與電壓及電網(wǎng)的阻尼率有關(guān)，當(dāng)電網(wǎng)形成后其不對(duì)稱電壓基本是個(gè)固定值，消弧線圈為保證在單相接地時(shí)有效地抑制弧光過電壓的產(chǎn)生，要求脫諧率達(dá)到±5％以內(nèi)。那么只有改變阻尼率，才能改變位移電。因此應(yīng)當(dāng)在消弧線圈回路串入電阻，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(duì)稱電壓很小，為提高測(cè)量精度，采用特制的中性點(diǎn)專用互感器，提高檢測(cè)靈敏度。非線性電阻的采用對(duì)欠補(bǔ)償下的斷線過電壓和傳遞過電壓都有明顯的抑制作用。消弧線圈接入系統(tǒng)必須要有電源中性點(diǎn)，在其中性點(diǎn)上接入消弧線圈。當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，流過變壓器的三相同方向的零序磁通，經(jīng)過油箱壁絕緣油及空氣等介質(zhì)形成的閉合回路，在油箱鐵心等處會(huì)產(chǎn)生附加的損耗，這種損耗是不均勻的，必然要形成局部過熱，進(jìn)而影響變壓器的正常運(yùn)行及其使用壽命。所以接入此類接地變壓器的消弧線圈的容量不應(yīng)超過變壓器容量的20％，為滿足消弧線圈接地補(bǔ)償?shù)男枰?，同時(shí)也滿足動(dòng)力與照明混合負(fù)載的需要，可采用Z型接線的變壓器即ZN連接的變壓器。由于變壓器高壓側(cè)采用Z型接線，每相繞組由兩段組成，并分別位于不同相的鐵心柱上，兩段線圈反極性相連，零序阻抗非常小，空載損耗低，變壓器容錄可以100％被利用，并能夠調(diào)節(jié)電網(wǎng)的不對(duì)稱電壓，由此可見，Z型接線的變壓器作為接地變壓器是一種比較好的選擇。目前新型消弧線圈大部分采用有載調(diào)匝調(diào)壓方式，調(diào)節(jié)分接頭數(shù)一般均大于9，加寬了調(diào)流范圍，以便能夠達(dá)到最小的脫諧度，配有有載開關(guān)并可以遠(yuǎn)方電動(dòng)或自動(dòng)操作，有載開關(guān)在預(yù)調(diào)方式下工作，即正常調(diào)諧是在系統(tǒng)不接地狀態(tài)下切換，安全可靠。消弧線圈調(diào)諧是由微機(jī)控制器自動(dòng)控制的，調(diào)諧時(shí)消弧線圈不需退出運(yùn)行，克服了老式線圈的一些缺點(diǎn)。因此建議目前需要改造的老式消弧線圈采用新型自動(dòng)調(diào)諧消弧線圈方式。自動(dòng)調(diào)諧接地補(bǔ)償裝置，是將變柜改造為變兼接地變柜，加裝開關(guān)二組、電流互感器二組及相應(yīng)二次保護(hù)，接地變、消弧線圈為戶外布置。消弧線圈選用有載調(diào)匝調(diào)節(jié)方式。調(diào)節(jié)檔位應(yīng)大于9個(gè)以上，以便能夠達(dá)到最小的脫諧度。正常運(yùn)行采用過補(bǔ)償方式，消弧線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(nèi)(脫諧度控制在5％以內(nèi)，消弧線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(jī)控制自動(dòng)消諧裝置進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，能自動(dòng)檢測(cè)電網(wǎng)對(duì)地電容參數(shù)的變化。自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)整消弧線圈的分接頭，使其運(yùn)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(yuǎn)程遙控、遙信、遙測(cè)和遙調(diào)，以適應(yīng)變電所無人值守的需要。接地變選用零序阻抗低的ZN／YN接線方式，并能夠調(diào)節(jié)電網(wǎng)的不對(duì)稱電壓。戶外設(shè)備與柜內(nèi)設(shè)備用電纜連接。對(duì)由電壓互感器鐵心飽和引起的鐵磁諧振過電壓的限制目前雖然可采取多種方式，取得了一些效果，但都不夠理想。有的裝了消諧器還是產(chǎn)生了諧振過電壓，這是由于鐵磁諧振過電壓本身是一個(gè)非線性量，比較復(fù)雜。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(tǒng)有多臺(tái)TV時(shí)，只在某一臺(tái)TV的開口三角上裝消諧器是很難奏效的，必須要使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生較大的變化才能將諧振過電壓抑制住。如果在系統(tǒng)的中性點(diǎn)上接入消弧線圈，破壞它的諧振條件，就能夠比較有效地抑制諧振過電壓的產(chǎn)生。其原理也很簡(jiǎn)單，TV的勵(lì)磁感抗比較大(千歐至兆歐級(jí))，而消弧線圈的感抗比較小(百歐級(jí))，這樣就很難滿足諧振條件，諧振就不會(huì)發(fā)生。另一方面，若無消弧線圈，單相接地發(fā)生間歇性電弧時(shí)，電容上多次充放電造成TV燒毀、熔絲熔斷；加上消弧線圈后，電容對(duì)小感抗放電，TV中電流就很小，不會(huì)燒毀了。所以在中性點(diǎn)接入消弧線圈，對(duì)于由電壓互感器鐵心飽和引起的鐵磁諧振過電壓具有很好的抑制作用。