中低壓電網(wǎng)諧振過電壓的產(chǎn)生及限制措施

河南立新監(jiān)理咨詢有限公司 電力設(shè)計事業(yè)部 張清杰 李維廣 張 華

中低壓電網(wǎng)諧振過電壓的產(chǎn)生及限制措施

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一、諧振過電壓的產(chǎn)生原因

在對電力系統(tǒng)進行操作或當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，電力系統(tǒng)中的一些電感、電容元件會形成各種振蕩回路，在一定條件下會產(chǎn)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象，從而導致系統(tǒng)的某些元件出現(xiàn)嚴重的過電壓。

1.鐵磁諧振產(chǎn)生的過電壓。即由帶鐵芯的電感元件（如空載變壓器、電壓互感器）和系統(tǒng)的電容元件組成的諧振回路，因鐵芯電感元件的飽和，使回路的電感參數(shù)呈非線性變化，這種含有非線性電感元件的回路在滿足一定的條件時，就會產(chǎn)生振蕩，從而產(chǎn)生過電壓。

2.線性諧振產(chǎn)生的過電壓 。即由不帶鐵芯的電感元件（如輸電線路的電感、變壓器的漏感等）或勵磁特性接近線性的帶鐵芯的電感元件（如消弧線圈等）及系統(tǒng)中的電容元件形成的諧振回路，在一定條件下發(fā)生諧振所產(chǎn)生的過電壓。

3.參數(shù)諧振產(chǎn)生的過電壓。即由電感參數(shù)作周期性變化的電感元件（如凸極發(fā)電機的同步電抗）和系統(tǒng)電容元件（如空載線路）組成回路，當參數(shù)配合滿足一定的條件時，通過電感的周期性變化，不斷向諧振系統(tǒng)輸送能量，從而產(chǎn)生參數(shù)諧振過電壓。

二、限制諧振過電壓的常用措施

1.限制諧振過電壓的常用措施。一是提高開關(guān)動作的同期性，保證斷路器三相同期，防止出現(xiàn)非全相運行；二是在中性點加裝消弧線圈或接地電阻，或在并聯(lián)高壓電抗器加裝小電抗；三是選用伏安特性高、鐵芯不易飽和的電磁式電壓互感器或電容式電壓互感器，以及采用接消諧電阻。

2.針對第二種手段實施自動調(diào)諧接地補償裝置。自動調(diào)諧接地補償裝置是通過微機控制、過電壓技術(shù)和開關(guān)控制技術(shù)對電路進行調(diào)節(jié)，從而限制過電壓的產(chǎn)生。自動調(diào)諧接地補償裝置的主流產(chǎn)品為微機型調(diào)匝式，該裝置主要是由電動式消弧線圈、接地變壓器、阻尼電阻、中性點專用互感器和非線性電阻5個部分組成。自動調(diào)諧接地補償裝置的補償方式有過補償運行、全補償運行及欠補償運行等，可以滿足電網(wǎng)運行的不同要求。

自動調(diào)諧接地補償裝置中接地變壓器作為消弧線圈接入的人工中性點，可以兼作站用變壓器使用。運行中，消弧線圈產(chǎn)生的電流通過有載調(diào)壓開關(guān)調(diào)節(jié)。即運行中，裝置通過測量位移電壓和中性點電流、電壓的大小及相位等，自動進行計算、判斷、并發(fā)出指令；同時，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)的變化自動調(diào)節(jié)消弧線圈的分接頭，使之到達最佳位置。

自動調(diào)諧接地補償裝置不僅可以顯示電容電流、電感電流、殘流和位移電壓等實時數(shù)據(jù)，還能進行追憶、報警、自動打印和信號遠送、自動跟蹤、調(diào)諧等。采用自動調(diào)諧接地補償裝置以實現(xiàn)危機的遠程控制，達到無人值班或少人值班變電站的要求。

行業(yè)規(guī)范《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》中規(guī)定：“消弧線圈接地系統(tǒng)，在正常運行情況下，中性點的長時間電壓位移不應(yīng)超過系統(tǒng)標稱相電壓的15%，消弧線圈宜采用過補償運行方式”。因此，可以在弧線圈的一次回路中串入較大功率的阻尼電阻器件，使自動調(diào)諧功能的接地補償裝置能夠?qū)崿F(xiàn)全補償運行，并將中性點諧振過電壓的幅值降低到相電壓的5% ～ 10%。其原理為：當電容電流與消弧線圈工作電流大致相等時，實現(xiàn)全補償，將中性點電壓限制在允許值以下。所以，可以通過調(diào)節(jié)自動調(diào)諧接地補償裝置中的阻尼電阻，增大或減小阻尼電阻的阻尼率，來達到預(yù)期的目標。其工作原理如下式所示：

式（1）中，Uo為中性點上的位移電壓，Ubd為 電網(wǎng)中的不對稱電壓，v為消弧線圈的脫諧率，v ＝[（IC–IL）/ IC]×100%，d為阻尼率。

由式（1）可知，中性點位移電壓與電網(wǎng)的不對稱電壓成正比，與消弧線圈的脫諧率成反比，當電力系統(tǒng)形成后電網(wǎng)不對稱電壓基本是個定值.為了能夠有效地在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時抑制弧光過電壓的產(chǎn)生，消弧線圈的脫諧率要求在±5%以內(nèi)，這樣，只有改變阻尼率，才能有效地改變位移電壓。所以，必須在消弧線圈回路串入電阻，以達到限制中性點位移電壓的要求。同時，采用非線性電阻對欠補償運行方式下的斷線過電壓和傳遞過電壓也有明顯的抑制作用。在我國當前中低壓電網(wǎng)系統(tǒng)中，中性點不對稱電壓已經(jīng)較少，需要采用特制的中性點專用互感器，來提高檢測的靈敏度。

自動調(diào)諧接地補償裝置中的消弧線圈采用有載調(diào)匝式調(diào)節(jié)方式，能夠?qū)崿F(xiàn)遠方電動或自動操作，分接頭數(shù)一般在9個以上，擴展了調(diào)流范圍，克服了以往老式消弧線圈不能自動調(diào)節(jié)分接頭的缺點，使消弧線圈能夠達到最小的脫諧度。同時，配有有載開關(guān)的消弧線圈在微機的控制下，能夠在不停電的情況下調(diào)節(jié)開關(guān)，滿足系統(tǒng)在不接地狀態(tài)下的正常切換，安全、有效、可靠，調(diào)諧時消弧線圈不退出運行，克服了老式線圈調(diào)諧時消弧線圈需退出運行的缺點。

三、結(jié)論

在電力系統(tǒng)的中性點上接入自動調(diào)諧接地補償裝置，能夠破壞3 ～ 35 kV電網(wǎng)不接地系統(tǒng)的諧振條件，有效地抑制過電壓的產(chǎn)生。因此，在3 ～ 35 kV電網(wǎng)的中性點接入自動調(diào)諧接地補償裝置的方法被廣泛應(yīng)用，具有重大的社會和經(jīng)濟意義。