諧振的危害及防控措施

肖進

摘 要:針對包頭供電局達茂、石拐變曾經(jīng)發(fā)生諧振過電壓導致35kV電壓互感器燒損故障，進行深入地研究探索：電力系統(tǒng)鐵磁諧振一直影響著電氣設(shè)備和電網(wǎng)的安全運行，特別是對中性點不直接接地系統(tǒng)，鐵磁諧振所占的比例較大，因此對此類鐵磁諧振問題研究得較多，并通過不斷地實踐，采取多種防范措施和方法控制消除諧振過電壓，有效提高系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行能力。

關(guān)鍵詞:電力系統(tǒng)諧振的危害防范措施

引言

電力系統(tǒng)中過電壓現(xiàn)象較為普遍。引起電網(wǎng)過電壓的原因很多。主要有諧振過電壓、操作過電壓、雷電過電壓以及系統(tǒng)運行方式突變，負荷劇烈波動引起系統(tǒng)過電壓等。其中，諧振過電壓出現(xiàn)頻繁，其危害很大。過電壓一旦發(fā)生，往往造成系統(tǒng)電氣設(shè)備的損壞和大面積停電事故發(fā)生。據(jù)多年來電力生產(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)是由于諧振現(xiàn)象引起的。日常工作中發(fā)現(xiàn)，在刮風、陰雨等特殊天氣時，變電站35kV及以下系統(tǒng)發(fā)生間歇性接地的頻率較高，當接地使得系統(tǒng)參數(shù)滿足諧振條件時便會發(fā)生諧振，同時產(chǎn)生諧振過電壓。諧振會給電力系統(tǒng)造成破壞性的后果：諧振使電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生大量附加的諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，影響各種電氣設(shè)備的正常工作；導致繼電保護和自動裝置誤動作，并會使電氣測量儀表計量不準確；會對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，甚至使通信系統(tǒng)無法正常工作。

1.諧振及鐵磁諧振

諧振是一種穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，因此，電力系統(tǒng)中的諧振過電壓不僅會在操作或事故時的過渡過程中產(chǎn)生，而且還可能在過渡過程結(jié)束后較長時間內(nèi)穩(wěn)定存在，直到發(fā)生新的操作諧振條件受到破壞為止。所以諧振過電壓的持續(xù)時間要比操作過電壓長得多，這種過電壓一旦發(fā)生，往往會造成嚴重后果。運行經(jīng)驗表明，諧振過電壓可在各種電壓等級的網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生，尤其在35kV及以下的電網(wǎng)中，由諧振造成的事故較多，已成為系統(tǒng)內(nèi)普遍關(guān)注的問題。因此，必須在設(shè)計時事先進行必要的計算和安排，或者采取一定附加措施（如裝設(shè)阻尼電阻等），避免形成不利的諧振回路，在日常工作中合理操作防止諧振的產(chǎn)生，降低諧振過電壓幅值和及時消除諧振。在6~35kV系統(tǒng)操作或故障情況下，系統(tǒng)振蕩回路中往往由于變壓器、電壓互感器、消弧線圈等鐵芯電感的磁路飽和作用而激發(fā)起持續(xù)性的較高幅值的鐵磁諧振過電壓。鐵磁諧振可以是基波諧振、高次諧波諧振、分次諧波諧振，其共同特征是系統(tǒng)電壓升高，引起絕緣閃絡(luò)或避雷器爆炸；或產(chǎn)生高值零序電壓分量，出現(xiàn)虛幻接地現(xiàn)象和不正確的接地指示；或者在PT中出現(xiàn)過電流，引起熔斷器熔斷或互感器燒壞；母線PT的開口三角繞組出現(xiàn)較高電壓，使母線絕緣監(jiān)視信號動作。各次諧波諧振不同特點主要在于：

①分次諧波諧振三相電壓依次輪流升高，超過線電壓，一般不超過2倍相電壓，三相電壓表指針在相同范圍出現(xiàn)低頻擺動。

②基波諧振時，兩相電壓升高，超過線電壓，但一般不超過3倍相電壓，一相電壓降低但不等于零。

③高次諧波諧振時，三相電壓同時升高或其中一相明顯升高，超過線電壓，但不超過3~3.5倍相電壓。

2.常見諧振事故及防范措施

我國35kV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)中由于電壓互感器鐵心飽和引起的鐵磁諧振過電壓比較多，PT在正常工作時，鐵芯磁通密度不高，不飽和；但如果在電壓過零時突然合閘、分閘或單相接地消失，這時鐵芯磁通就會達到穩(wěn)態(tài)時的數(shù)倍，處于飽和狀態(tài)，這時，某一相或兩相的激磁電流大幅度增加，當感抗與容抗參數(shù)匹配恰當（滿足諧振條件）時，即會發(fā)生諧振，即鐵磁諧振。發(fā)生諧振時，會在電感和電容兩端產(chǎn)生2～3.5倍額定電壓的過電壓和幾十倍額定電流的過電流，通過PT的電流遠大于激磁電流，嚴重時會燒壞PT及其它設(shè)備。

包頭供電局達茂、石拐變就曾發(fā)生過諧振過電壓導致35kV電壓互感器燒損故障，故障發(fā)生之后，通過對35kV電磁式電壓互感器的開口三角中間加裝阻尼電阻或加裝消諧器，對消除諧振起了較大作用，大大降低了諧振發(fā)生的頻率，通過不斷地研究探索和實踐，得出如下防振和消振的對策與措施。

2.1防止諧振過電壓的一般措施

①選用勵磁特性較好的電壓互感器或改用電容式電壓互感器

②6~35kV一次側(cè)中性點串聯(lián)阻尼電阻或二次側(cè)開口三角形繞組并聯(lián)阻尼電阻或消振器。

③提高斷路器動作的同期性。由于許多諧振過電壓是在非全相運行條件下引起的，因此提高斷路器動作的同期性，防止非全相運行，可以有效防止諧振過電壓的發(fā)生。

④在并聯(lián)高壓電抗器中性點加裝小電抗。用這個措施可以阻斷非全相運行時工頻電壓傳遞及串聯(lián)諧振。

⑤破壞發(fā)電機產(chǎn)生自勵磁的條件，防止參數(shù)諧振過電壓。

2.2防止諧振過電壓的具體措施

①35kV系統(tǒng)中性點經(jīng)消弧線圈（加裝消諧電阻）接地，并在過補償方式下運行，它的電壓作用在零序回路中。

②盡量減少6~35kV系統(tǒng)并聯(lián)運行的PT臺數(shù)。

a.凡是6~35kV母線分段的變電所，若母線經(jīng)常不分段運行，應將一組PT退出作為備用；

b.電力客戶的6~10kVPT一次側(cè)中性點一律為不接地運行

③更換伏安特性不良的6~35kVPT。

④6~35kV一次側(cè)中性點串聯(lián)阻尼電阻或二次側(cè)開口三角形繞組并聯(lián)阻尼電阻或消諧器：在電磁式電壓互感器的開口三角中間加裝阻尼電阻，R＜0.4Xt（Xt為互感器在額定線電壓作用下?lián)Q算在低壓側(cè)的單相繞組勵磁感抗）

⑤6~10kV母線裝設(shè)一組Y形接線中性點接地的電容器組。

⑥在10kVPT高壓側(cè)中性點串聯(lián)單相PT。在實際工作中諧振的發(fā)生往往伴隨著接地故障，很多時候甚至就是由接地引起的，消除諧振常常采取的有效方法是改變系統(tǒng)運行方式以改變系統(tǒng)參數(shù)，破壞諧振條件。改變系統(tǒng)運行方式經(jīng)常通過以下途徑實現(xiàn)：

a.投退電容器。

b.增投線路。

c.若變電站有一臺以上數(shù)目的主變，可視具體運行情況將原本并列（分列）運行的變壓器分列（并列）。

d.母線并解列。

若上述方法不能消振，應采用尋找線路單相接地故障的方法進行選線，選出故障線路后，立即將其切除。選線原則參照系統(tǒng)單相接地故障處理方法。此方法是最有效最能解決問題的，但往往不一定能準確及時判斷出接地線路，以致延誤消振時間，所以，工作中為及時消除諧振一般先考慮選擇上述四種途徑。

3.總結(jié)

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。為了盡可能地防止諧振過電壓的發(fā)生，在設(shè)計和操作電網(wǎng)設(shè)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；并結(jié)合實際工作經(jīng)驗采取多種防范措施和方法控制諧振過電壓，以便具體工作中借鑒和運用，有效提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行能力。