基于城市配網(wǎng)10kV系統(tǒng)的鐵磁諧振思路研究

杜國(guó)森

摘 要：隨著城市的發(fā)展以及電力需求的增加，10kV配電網(wǎng)改造導(dǎo)致鐵磁諧振對(duì)于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行影響越來(lái)越突出，本文將以不接地電網(wǎng)系統(tǒng)為例，在對(duì)于10kV城市配電網(wǎng)不接地系統(tǒng)中鐵磁諧振產(chǎn)生的原因分析基礎(chǔ)上，對(duì)其對(duì)于電網(wǎng)安全運(yùn)行的影響以及鐵磁諧振消除措施進(jìn)行總結(jié)論述，以保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)城市發(fā)展提升。

關(guān)鍵詞：城市配網(wǎng)；10kV；電網(wǎng)改造；電纜線路；鐵磁諧振；產(chǎn)生原因；消除；分析

中圖分類號(hào)：TM86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在城市建設(shè)發(fā)展中，10kV電網(wǎng)系統(tǒng)隨著城市建設(shè)速度的不斷加快以及用電量需求的不斷增加，逐漸不能夠滿足城市用電需求，對(duì)于電網(wǎng)的運(yùn)行安全也有著極大的不利影響，為了滿足城市快速發(fā)展情況下的用電需求，保證電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)行城市電網(wǎng)線路的升級(jí)改造已經(jīng)成為當(dāng)前城市電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展所面臨的重要問(wèn)題。但是，另一方面，隨著城市電網(wǎng)改造力度的不斷加大，原有的10kV電網(wǎng)系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)大量的電纜線路改造升級(jí)與重新建設(shè)后，由于電纜線路數(shù)量的逐漸增多，導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)中的對(duì)地電容以及電流量也出現(xiàn)大幅度的提升，造成電網(wǎng)線路中的鐵磁諧振現(xiàn)象發(fā)生，而電網(wǎng)線路中的鐵磁諧振容易造成過(guò)電壓，對(duì)于電網(wǎng)安全造成極大威脅，進(jìn)而損壞電網(wǎng)設(shè)備，誘發(fā)電力事故，嚴(yán)重影響著電網(wǎng)線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

一、城市配網(wǎng)10kV系統(tǒng)鐵磁諧振產(chǎn)生原因分析

1 城市配網(wǎng)不接地系統(tǒng)中鐵磁諧振現(xiàn)象分析

在城市配電網(wǎng)系統(tǒng)中，由于電力系統(tǒng)本身就是一個(gè)較為復(fù)雜的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由許多的電感以及電容元件組成，尤其是在不接地的10kV城市配網(wǎng)系統(tǒng)中，常常容易因?yàn)殡姼幸约半娙菰\(yùn)行電波的干擾，導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)中出現(xiàn)鐵磁諧振現(xiàn)象，不僅影響著電網(wǎng)系統(tǒng)電力設(shè)備的安全與正常運(yùn)行，而且對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行都有著極大的不利作用和影響。通常情況下，在不接地10kV城市配網(wǎng)系統(tǒng)中，電網(wǎng)系統(tǒng)的諧振回路主要是由帶鐵芯的電感元件，像電壓互感器等，和電網(wǎng)系統(tǒng)中存在的電容元件，包括電纜線路以及電容補(bǔ)償器等，共同組成10kV不接地城市配網(wǎng)系統(tǒng)中的諧振回路，因此，在該電網(wǎng)系統(tǒng)工作運(yùn)行過(guò)程中，由于受到鐵芯飽和作用的影響，使得帶有鐵芯的電感元件其電感參數(shù)呈現(xiàn)非線性變化，而這種具有非線性變化的電感元件回路在一定的諧振條件下，就會(huì)產(chǎn)生鐵磁諧振，從而對(duì)于電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成不利影響。

2 城市配網(wǎng)不接地系統(tǒng)鐵磁諧振現(xiàn)象產(chǎn)生原因

在城市配電網(wǎng)系統(tǒng)中，對(duì)于中性點(diǎn)的不接地系統(tǒng)來(lái)講，通常情況下系統(tǒng)中變電站母線會(huì)連接有含有Yo接線的電磁式電壓互感器，因此在電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)的對(duì)地參數(shù)除了包含有電力導(dǎo)線以及電力設(shè)備的對(duì)地電容外，還包含有電壓互感器的勵(lì)磁電感，因此，在電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地的情況下，接地故障點(diǎn)在經(jīng)過(guò)電網(wǎng)系統(tǒng)的電容電流，而未接地電網(wǎng)中的兩相相電壓電就會(huì)發(fā)生升高現(xiàn)象，成為線電壓，在經(jīng)過(guò)電壓互感器的中性點(diǎn)接地時(shí)就會(huì)構(gòu)成零序回路，同時(shí)，在這種情況下，會(huì)產(chǎn)生電網(wǎng)系統(tǒng)中性點(diǎn)部分的位移電壓，并成為振蕩電壓的等效電源，從而造成電網(wǎng)系統(tǒng)中零序回路中的電氣參數(shù)值都會(huì)隨之發(fā)生變化。值得注意的是，在上述的電網(wǎng)系統(tǒng)中，電壓互感器中的鐵芯電感參數(shù)的變化情況是根據(jù)鐵芯的飽和程度而發(fā)生變化的，因此，在電網(wǎng)系統(tǒng)工作運(yùn)行中，一旦出現(xiàn)弧光接地現(xiàn)象，必然會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)暫態(tài)的涌流，而這一瞬間突變過(guò)程中，電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓互感器高壓線圈的非接地兩相勵(lì)磁電流就會(huì)出現(xiàn)突然性的增大，達(dá)到飽和狀態(tài)，因此導(dǎo)致電感參數(shù)也會(huì)隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。

此外，在電網(wǎng)系統(tǒng)中的零序回路鐵芯電感等值感抗和電網(wǎng)系統(tǒng)中分布電容的容抗值相等或者是基本相近的情況下，電網(wǎng)系統(tǒng)工作運(yùn)行中就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的串聯(lián)諧振現(xiàn)象。值得注意的是，由于電網(wǎng)系統(tǒng)工作運(yùn)行中接地電弧進(jìn)行熄滅的時(shí)間不同，并不是在每次在電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障的情況時(shí)，系統(tǒng)的電壓互感器就會(huì)隨之產(chǎn)生較大的勵(lì)磁電流，因此，電網(wǎng)系統(tǒng)工作運(yùn)行中，也并不是每次都會(huì)出現(xiàn)串聯(lián)諧振現(xiàn)象。而通常情況下，在電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生非線性串聯(lián)諧振時(shí)，系統(tǒng)的過(guò)電壓幅值就會(huì)增高至相電壓的2倍到3倍，并且作用影響的時(shí)間比較長(zhǎng)；同時(shí)，在電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)基頻諧振的情況下，系統(tǒng)還有可能會(huì)發(fā)生高頻以及分頻諧振，如果兩者的作用進(jìn)行相互疊加，對(duì)于電網(wǎng)系統(tǒng)工作運(yùn)行的不利影響將會(huì)更大，也是電網(wǎng)系統(tǒng)中研究與關(guān)注的重點(diǎn)。

二、城市配網(wǎng)不接地系統(tǒng)鐵磁諧振的消除措施

1 城市配網(wǎng)不接地系統(tǒng)鐵磁諧振對(duì)電網(wǎng)影響分析

鐵磁諧振作為一種電力故障對(duì)于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著極大的不利作用和影響，突出表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)。

首先，在電網(wǎng)工作運(yùn)行中，如果發(fā)生單相接地故障，就會(huì)導(dǎo)致接地電弧不能夠自動(dòng)的熄滅，從而必然會(huì)造成電網(wǎng)系統(tǒng)工作運(yùn)行中產(chǎn)生電弧過(guò)電壓，通常情況下這種電弧過(guò)電壓表現(xiàn)為正常相電壓的3倍到5倍之間，甚至?xí)^(guò)這一電壓范圍，就會(huì)對(duì)于電網(wǎng)系統(tǒng)中絕緣性能相對(duì)比較薄弱的地方造成放電擊穿，而且電網(wǎng)系統(tǒng)在這種過(guò)電壓作用影響下，還會(huì)出現(xiàn)第二點(diǎn)接地，甚至演變成為相間短路故障等，對(duì)于電網(wǎng)設(shè)備造成損壞，導(dǎo)致電網(wǎng)停電事故發(fā)生，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定工作運(yùn)行。

其次，在電網(wǎng)運(yùn)行中，如果發(fā)生鐵磁諧振事故，還容易造成電壓互感器一次勵(lì)磁電流出現(xiàn)急速增加，從而導(dǎo)致電網(wǎng)線路中的高壓熔絲出現(xiàn)熔斷，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。即使電網(wǎng)工作運(yùn)行中，鐵磁諧振導(dǎo)致的電網(wǎng)電流并沒(méi)有達(dá)到高壓熔絲熔斷的能力范圍，但是諧振所產(chǎn)生的電流值也會(huì)超過(guò)電壓互感器的額定電流，使得電網(wǎng)在長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)電流運(yùn)行狀態(tài)下，必然導(dǎo)致電網(wǎng)電壓互感器出現(xiàn)燒損，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定工作運(yùn)行。

再次，在電力系統(tǒng)工作運(yùn)行過(guò)程中，一旦發(fā)生鐵磁諧振故障，就會(huì)導(dǎo)致電力線路在運(yùn)行中從原有的感性狀態(tài)轉(zhuǎn)變成為容性狀態(tài)，從而使電流基波相位發(fā)生發(fā)轉(zhuǎn)，出現(xiàn)相位反傾現(xiàn)象，造成電網(wǎng)電路中的逆序分量比正序分量高，造成小容量異步發(fā)電機(jī)出現(xiàn)反轉(zhuǎn)情況，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定工作運(yùn)行。

2 城市配網(wǎng)不接地系統(tǒng)鐵磁諧振消除措施

進(jìn)行城市配網(wǎng)中不接地系統(tǒng)鐵磁諧振現(xiàn)象的消除，通常情況下應(yīng)注意從改變電感電容的參數(shù)進(jìn)行諧振條件破壞，或者是通過(guò)過(guò)吸收以及消除諧振能量來(lái)控制諧振產(chǎn)生，甚至通過(guò)使諧振受到阻尼從而消失。

首先，通過(guò)改變電感電容的參數(shù)來(lái)破壞諧振產(chǎn)生的條件，以控制諧振發(fā)生，需要在電力系統(tǒng)中通過(guò)使用勵(lì)磁特性比較好的電壓互感器，以在電網(wǎng)工作運(yùn)行中改變電感電容的數(shù)值變化，控制鐵磁諧振現(xiàn)象發(fā)生。通常情況下，在電網(wǎng)工作運(yùn)行中電壓互感器的伏安特性相對(duì)較好，在一般的過(guò)電壓電流中國(guó)不會(huì)出現(xiàn)飽和情況，因此對(duì)于抑制鐵磁諧振發(fā)生具有良好作用和效果。其次，在電網(wǎng)工作運(yùn)行中，通過(guò)在電網(wǎng)母線中安裝設(shè)置中性點(diǎn)接地的三相星形電容器組，以加強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行中的對(duì)地電容，來(lái)控制鐵磁諧振的發(fā)生也有較為突出的作用優(yōu)勢(shì)。最后，還可以通過(guò)在電網(wǎng)的電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)通過(guò)零序電壓互感器進(jìn)行接地設(shè)置，來(lái)抑制鐵磁諧振的發(fā)生，通常情況下，這種方式連接實(shí)現(xiàn)的電壓互感器也被稱為是抗諧振電壓互感器。

結(jié)語(yǔ)

不接地系統(tǒng)城市配網(wǎng)運(yùn)行中出現(xiàn)的鐵磁諧振對(duì)于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定工作運(yùn)行有著極大的不利作用和影響，進(jìn)行其產(chǎn)生原因與消除措施的分析論述，有利于保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定工作運(yùn)行，具有積極作用和意義。

參考文獻(xiàn)

[1]陳敦亮，鐘小英，王海東.10kV電磁式電壓互感器高壓熔絲熔斷原因分析[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2011（35）.

[2]馮平，王爾智，王維俊.矩陣測(cè)度在消除中性點(diǎn)接地電力系統(tǒng)鐵磁諧振中的應(yīng)用[J].江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（01）.

[3]馮平，王爾智，王維俊.基于凍結(jié)系數(shù)法的唯一穩(wěn)態(tài)消諧法及其在鐵磁諧振中的應(yīng)用[J].南陽(yáng)理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（04）.endprint