電網(wǎng)諧振過電壓的限制方法

陳世民

摘要：電力供電系統(tǒng)或者說在電力供電電網(wǎng)上，過電壓現(xiàn)象十分普遍。如果沒有防范措施，隨時都可能發(fā)生，也隨時都可以發(fā)現(xiàn)。引起電網(wǎng)過電壓的原因很多。主要可分為諧振過電壓、操作過電壓和雷電過電壓。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)諧振 諧振過電壓 操作過電壓 雷電過電壓 限制方法

電力供電系統(tǒng)或者說在電力供電電網(wǎng)上，過電壓現(xiàn)象十分普遍。如果沒有防范措施，隨時都可能發(fā)生，也隨時都可以發(fā)現(xiàn)。引起電網(wǎng)過電壓的原因很多。主要可分為諧振過電壓、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間較長，所引起諧振現(xiàn)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電壓的發(fā)生，在設計和操作電網(wǎng)設備時，應進行必要的估算和安排，以避免形成嚴重的串聯(lián)諧振回路；或采取適當?shù)姆乐怪C振的措施。

在電力生產(chǎn)和電力運行的中低壓電網(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型諧振的性質(zhì)與特點，掌握其振蕩的性質(zhì)和特點，制訂防振和消振的對策與措施。

目前，我國66kV及以下配電網(wǎng)，仍大部分采用中性點不接地方式運行,一部分采用老式的消弧（消諧）線圈接地。從電網(wǎng)的運行實踐證明，中性點不接地系統(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高壓中性點增設電阻或單只TV等，但始終沒有從根本上得到解決，TV 燒毀、熔絲熔斷仍不斷發(fā)生；另一方面由于中性點不接地運行方式的主要特點是單相接地后，允許維持一定的時間，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，單相接地時接地電弧不能自動熄滅必然產(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，并會發(fā)展為相間短路造成設備損壞和停電事故。

自動調(diào)諧接地補償裝置能夠?qū)崿F(xiàn)全補償運行或很小的脫諧度，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，降低中性點諧振過電壓的幅值使之達到相電壓的5%～10%。因為如果當系統(tǒng)的電容電流與消弧線圈工作電流相等時，即在諧振時中性點電壓限制在允許值以下，這樣就可實現(xiàn)全補償方式，這是殘流為最小的最佳工作方式。接地時殘流很小，不會引起弧光過電壓。所以，可在消弧線圈的一次回路中串入大功率的阻尼電阻，增大阻尼率的措施來達到。消弧線圈的脫諧率與電壓及電網(wǎng)的阻尼率有關(guān)，當電網(wǎng)形成后其不對稱電壓基本是個固定值，消弧線圈為保證在單相接地時有效地抑制弧光過電壓的產(chǎn)生，要求脫諧率達到±5%以內(nèi)，那么只有改變阻尼率，才能改變位移電壓，因此應當在消弧線圈回路串入電阻，保證阻尼率，控制中性點位移電壓。

在低壓電網(wǎng)中由于中性點不對稱電壓很小，為提高測量精度采用特制的中性點專用互感器，提高檢測靈敏度；非線性電阻的采用對欠補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，在其中性點上接入消弧線圈，

當發(fā)生單相接地時，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，必然要形成局部過熱，影響變壓器的正常運行和使用壽命。所以接入此類接地變壓器的消弧線圈的容量不應超過變壓器容量的20%；為滿足消弧線圈接地補償?shù)男枰瑫r也滿足動力與照明混合負載的需要，可采用Z型接線的變壓器即ZN，yn11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；變壓器容量可以100%被利用；并能夠調(diào)節(jié)電網(wǎng)的不對稱電壓。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)匝式調(diào)節(jié)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，以便能夠達到最小的脫諧度；配有有載開關(guān)并可以遠方電動或自動操作；有載開關(guān)在預調(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)諧是由微機控制器自動控制的，調(diào)諧時消弧線圈不須退出運行，克服了老式線圈的一些缺點，因此，建議目前需要改造的老式消弧線圈采用新型自動調(diào)諧消弧線圈方式。

自動調(diào)諧接地補償裝置, 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二次保護；接地變、消弧線圈為戶外布置。消弧線圈選用有載調(diào)匝式調(diào)節(jié)方式，調(diào)節(jié)檔位應大于9個以上，以便能夠達到最小的脫諧度；正常運行采用過補償方式，消弧線圈接地回路串接阻尼電阻，以限制中性點電壓；保證脫諧度及中性點的位移電壓在限制范圍內(nèi)(脫諧度控制在5%，消弧線圈的位移電壓不大于相電壓的15%，故障點殘流不大于5A為宜)；控制部分采用微機控制自動消諧裝置進行自動補償；能自動檢測電網(wǎng)對地電容參數(shù)的變化，自動和手動調(diào)整消弧線圈的分接頭，使其運行在最佳的工作點，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(diào)；以適應佳山變無人值班的需要。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)的不對稱電壓。戶外設備與柜內(nèi)設備用電纜連接。

對由電壓互感器鐵心$飽和引起的鐵磁諧振過$電壓的限制鐵磁諧振過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)生了諧振過電壓，這是由于鐵磁諧振過電壓本身是一個非線性過程，現(xiàn)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，有時幾種諧振同時發(fā)生，消諧器不能有效的限制。而且在系統(tǒng)上有多臺TV 時，只在某一臺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發(fā)生。其原理也很簡單，TV的勵磁感抗比較大(千歐至兆歐級)，而消弧線圈的感抗(百歐級)比較小，這樣諧振條件+ωL=1/ωC+很難滿足，諧振就不會發(fā)生。另一方面無消弧線圈時單相接地發(fā)生間歇性電弧時電容上多次充放電造成TV 燒毀、熔絲熔斷；有了消弧線圈后，電容對小感抗放電，TV中電流就很小，不會燒毀了。所以在中性點接入消弧線圈，對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限制作用，能夠徹底解決此類問題。

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