達(dá)州電網(wǎng)110kV金山站10kV母線(xiàn)諧振現(xiàn)象分析

摘要：電網(wǎng)運(yùn)行中，由于變壓器、電壓互感器等帶電感性質(zhì)的設(shè)備與電網(wǎng)運(yùn)行的電容容易形成并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振回路，發(fā)生諧振，使正常運(yùn)行的電網(wǎng)電壓發(fā)生變化，對(duì)地電壓升高，最高時(shí)達(dá)Ue的2倍以上，設(shè)備承受較高的電壓，對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行造成較大的影響，甚至破壞電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行或損壞設(shè)備。根據(jù)多年運(yùn)行工作實(shí)踐，特別是有代表性的110kV金山站10kV母線(xiàn)諧振頻發(fā)現(xiàn)象，造成電壓互感器高壓保險(xiǎn)熔斷及電壓互感器損壞，主要分析了諧振的危害、產(chǎn)生原因，并對(duì)各種消除諧振的措施進(jìn)行了論證，提出了切實(shí)可行的解決辦法。

關(guān)鍵詞：小電流接地系統(tǒng)；電壓互感器；分頻諧振

中圖分類(lèi)號(hào)：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）26-0117-03

110kV金山站是國(guó)網(wǎng)達(dá)州供電公司的一個(gè)負(fù)荷較重的變電站，2008年底投運(yùn)以來(lái)，金山站10kV母線(xiàn)諧振較為頻繁，致使電壓互感器高、低壓保險(xiǎn)熔斷多次，使正常運(yùn)行的電網(wǎng)電壓發(fā)生變化，對(duì)地電壓升高，最高時(shí)達(dá)Ue的2倍以上，設(shè)備承受較高的電壓，受到較多的沖擊，增加了配網(wǎng)設(shè)備故障機(jī)率。根據(jù)我國(guó)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)研究和實(shí)測(cè)結(jié)果表明，基波、高次諧波諧振過(guò)電壓很少超過(guò)3Uxg（系統(tǒng)最大相電壓），除非存在弱絕緣設(shè)備，一般是沒(méi)有危害的。但對(duì)分頻諧振來(lái)說(shuō)，由于受到PT鐵芯嚴(yán)重飽和的限制，過(guò)電壓一般不超過(guò)2Uxg，但是勵(lì)磁電流急劇增加，可達(dá)到額定勵(lì)磁電流的幾十倍以上，引起高壓保險(xiǎn)絲的熔斷，或者造成PT燒毀。下面就110kV金山站10kV母線(xiàn)諧振現(xiàn)象來(lái)分析產(chǎn)生諧振的原因，并根據(jù)自己的多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、見(jiàn)解提出了一些消除諧振的辦法。

一、諧振現(xiàn)象

110kV金山變電站10kV 1、2段正常方式下聯(lián)絡(luò)運(yùn)行、3段母線(xiàn)正常方式下分段運(yùn)行。

現(xiàn)象一： 2009年12月21日20：12時(shí)10kV1號(hào)母線(xiàn)諧振，A、B、C三相電壓均在0.3～10.6kV左右低頻擺動(dòng)，3U0值在100V～107V間波動(dòng)。20：17時(shí)，953開(kāi)關(guān)電流II、III段動(dòng)作（重合閘未投），開(kāi)關(guān)跳閘。20：28時(shí)，960出線(xiàn)1號(hào)柱上開(kāi)關(guān)跳閘。20：55時(shí)，拉開(kāi)954開(kāi)關(guān)，諧振現(xiàn)象消失。經(jīng)巡視發(fā)現(xiàn)，953路A相4號(hào)桿瓷瓶擊穿，其余設(shè)備無(wú)異常，當(dāng)時(shí)天氣：晴天。

現(xiàn)象二：2010年8月5日19：05、19：13、19：21時(shí)金山站10kV1號(hào)母線(xiàn)連續(xù)3次發(fā)生諧振，A、B、C三相電壓均在0.3～10.6kV左右低頻擺動(dòng)，3U0值在100V～107V間波動(dòng)。調(diào)度令拉開(kāi)分段912開(kāi)關(guān)后，諧振消失。此次諧振使10kV1段母線(xiàn)電壓互感器二次保險(xiǎn)熔斷。當(dāng)時(shí)天氣：雷雨。

現(xiàn)象三：2011年7月5日19：05、19：13、19：21時(shí)金山站10kV2號(hào)母線(xiàn)連續(xù)3次發(fā)生諧振，A、B、C三相電壓均在0.3～10.6kV左右低頻擺動(dòng)，3U0值在100V～107V間波動(dòng)。調(diào)度令拉開(kāi)分段912開(kāi)關(guān)后，諧振消失。該次諧振使10kV2段母線(xiàn)電壓互感器二次保險(xiǎn)熔斷、PT損壞（如圖1）。當(dāng)時(shí)天氣：雷雨。

二、諧振原因分析

鐵磁諧振指由鐵芯線(xiàn)圈和電容組成的回路中，當(dāng)電源的電壓或電流發(fā)生變化時(shí)，電路中的電流、電壓發(fā)生突變或不正常增大的現(xiàn)象。電力系統(tǒng)內(nèi)一般的回路中出現(xiàn)ωL=1/ωC的情況時(shí)，這個(gè)回路就會(huì)出現(xiàn)諧振，感抗一般是由帶鐵芯的繞組產(chǎn)生的，鐵芯飽和時(shí)感抗會(huì)變小，在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)或小電流接地系統(tǒng)中極易發(fā)生并聯(lián)鐵磁諧振。并聯(lián)鐵磁諧振又稱(chēng)電流鐵磁諧振，是指中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)或小電流接地系統(tǒng)中，由于中性點(diǎn)地刀是拉開(kāi)的，產(chǎn)生中性點(diǎn)位移電壓，的大小與鐵磁諧振回路三相對(duì)地阻抗—TV非線(xiàn)性電感L、系統(tǒng)對(duì)地電容CE是否平衡有關(guān)，可按節(jié)點(diǎn)電壓法求得：

式中、、為電源電壓的工頻分量；YA、YB、YC為相對(duì)地導(dǎo)納；Y0為中性點(diǎn)對(duì)地導(dǎo)納。

母線(xiàn)系統(tǒng)的對(duì)地電容3CE與母線(xiàn)電磁電壓互感器TV（一次中性點(diǎn)接地）的非線(xiàn)性電感L組成諧振回路，如圖2、圖3所示。

1.并聯(lián)諧振產(chǎn)生原理

（1）系統(tǒng)在穩(wěn)定工作狀態(tài)下。電壓互感器工作于勵(lì)磁特性曲線(xiàn)的線(xiàn)性部分，即“L-C”并聯(lián)電路的工作點(diǎn)a點(diǎn)，電感L三相相等，故每相對(duì)地總阻抗相等，對(duì)地導(dǎo)納YA=YB=YC，又因，YN=0，故，三相對(duì)地電壓相等。由于1/ωCE<ωL，三相并聯(lián)支路均呈容性。

（2）系統(tǒng)在外部條件激發(fā)下。電壓瞬間升高，出現(xiàn)很大的勵(lì)磁涌流，使電壓互感器一次電流增大幾十倍，引起互感器鐵芯飽和，其電感急劇減小。但暫態(tài)過(guò)程中TV三相繞組因承受電壓不同，鐵芯飽和程度可能不同（電壓高的鐵芯愈飽和，電感L變小），于是三相電感也不相等，將可能引起一系列的異常情況：假定某相TV承受電壓高，鐵芯飽合，L下降變小，并聯(lián)回路的工作點(diǎn)由a點(diǎn)上升到b點(diǎn)跳躍至c點(diǎn)，于是該相對(duì)地導(dǎo)納呈感性，另兩相TV電壓低，呈容性，每相對(duì)地總阻抗不相等，也即YA≠YB≠YC，，且三相對(duì)地阻抗不平衡程度愈大，愈高，此時(shí)可能出現(xiàn)兩相對(duì)地電壓升高，一相對(duì)地電壓下降，或者一相對(duì)地電壓升高，兩相對(duì)地電壓降低。如果三相對(duì)地導(dǎo)納相互補(bǔ)償，YA+YB+YC=0，將出現(xiàn)最嚴(yán)重的位移電壓，并使系統(tǒng)三相對(duì)地電壓一齊升高。

如果為分次諧波或高次諧波，相對(duì)地電壓將由工頻分量（電源相電壓）及非工頻分量疊加而成，其值- ，三相對(duì)地電壓也將一齊升高。

通過(guò)以上簡(jiǎn)單分析可以看出：在外界條件激發(fā)下，當(dāng)TV的非線(xiàn)性電感L變化范圍足夠大，并聯(lián)鐵磁諧振就可能發(fā)生。換句話(huà)說(shuō)，并聯(lián)鐵磁諧振是位移電壓引起的諧振。

發(fā)生諧振時(shí)，電壓互感器一次勵(lì)磁電流急劇增大，使高壓熔絲熔斷。如果電流未達(dá)到熔絲的熔斷值，但超過(guò)了電壓互感器額定電流，長(zhǎng)時(shí)間處于過(guò)電流狀況下運(yùn)行，必然造成電壓互感器燒毀。

2.并聯(lián)鐵磁諧振分類(lèi)及現(xiàn)象

表1 并聯(lián)鐵磁諧振分類(lèi)及現(xiàn)象

類(lèi)型特點(diǎn)3Uo及現(xiàn)象

基頻諧振一相對(duì)地電壓降低、兩相對(duì)地電壓升高且超過(guò)線(xiàn)電壓，或兩相電壓降低、一相電壓升高超過(guò)線(xiàn)電壓>100V， 中性點(diǎn)移到三角形外

分頻諧振三相對(duì)地電壓依相序次輪流升高，并在1.2～1.4Up內(nèi)低頻擺動(dòng)，約每秒一次>100V或<100V，中性點(diǎn)在三角形內(nèi)

高頻諧振三相對(duì)地電壓一起升高，遠(yuǎn)超過(guò)線(xiàn)電壓>100V，中性點(diǎn)移到三角形外

3.根據(jù)互感器勵(lì)磁特性算出系統(tǒng)中PT感抗

三、消除諧振的措施

為了限制和消除分頻鐵磁諧振過(guò)電壓，三元件方式通常采用二次消諧和一次消諧這兩種消諧方式。前者通過(guò)在電壓互感器二次開(kāi)口三角繞組上加裝消諧器（阻尼電阻）的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)消諧，后者通過(guò)在電壓互感器一次星形點(diǎn)與接地之間串接阻尼電阻的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

下面根據(jù)實(shí)際情況提出一些消諧措施。

選擇勵(lì)磁特性較好的PT或電容式PT。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：引進(jìn)新設(shè)備，改變了系統(tǒng)參數(shù)，從根本上消除了諧振條件；不浪費(fèi)原有的PT，可用在別的不諧振區(qū)。

在電磁式PT開(kāi)口三角繞組加裝阻尼電阻（6～10kV接入220V、200的燈泡），此方法容易實(shí)現(xiàn)，但鎢絲發(fā)熱時(shí)阻值變大，使其分頻諧振失去消諧作用。

投入消弧線(xiàn)圈，改變接地參數(shù)，破壞諧振條件。自動(dòng)調(diào)諧原理的接地補(bǔ)償裝置，在系統(tǒng)中性點(diǎn)位移時(shí)，補(bǔ)償電感電流，打破諧振條件。并能利用微機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤和總動(dòng)調(diào)諧，能夠準(zhǔn)確地計(jì)算、判斷、發(fā)出指令自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。

在PT一次繞組中性點(diǎn)或開(kāi)口三角繞組裝設(shè)消諧器。此種方法簡(jiǎn)單，投資少，我局多數(shù)110kV變電站均安裝，但作用是否到位，還得在實(shí)踐中檢驗(yàn)。

四、結(jié)論

金山站10kV母線(xiàn)諧振原因?yàn)槟妇€(xiàn)PT勵(lì)磁特性差，當(dāng)受到外部激發(fā)（雷電沖擊、一相斷線(xiàn)、單相接地等）時(shí)，使鐵芯飽和，引起電流、電壓波形畸變，產(chǎn)生諧振，引起分頻諧振過(guò)電壓。

現(xiàn)在我局已將母線(xiàn)PT更換為電容式，并更換一臺(tái)站用變?yōu)榻拥刈?，之后僅在2013年接地變故障停用期間10kV母線(xiàn)出現(xiàn)一次諧振，諧振現(xiàn)象明顯減少。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）