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試論電力系統(tǒng)諧振消除方法的研究論文
【論文關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng) 諧振 方法
【論文摘要】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(yùn)行，特別是對(duì)中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)，鐵磁諧振所占的比例較大，因此對(duì)此類鐵磁諧振問(wèn)題研究得較多。本文針對(duì)電力系統(tǒng)諧振消除方法進(jìn)行探討和分析，并提出一些意見，為相關(guān)工作者提供參考。
0.引言
電力系統(tǒng)中過(guò)電壓現(xiàn)象較為普遍。引起電網(wǎng)過(guò)電壓的原因主要有諧振過(guò)電壓、操作過(guò)電壓、雷電過(guò)電壓以及系統(tǒng)運(yùn)行方式突變，負(fù)荷劇烈波動(dòng)引起系統(tǒng)過(guò)電壓等。其中，諧振過(guò)電壓出現(xiàn)頻繁，其危害很大。過(guò)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(lái)電力生產(chǎn)運(yùn)行的記載和事故分析表明，中低壓電網(wǎng)中過(guò)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(fēng)、陰雨等特殊天氣時(shí)，變電站35kV及以下系統(tǒng)發(fā)生間歇性接地的頻率較高，當(dāng)接地使得系統(tǒng)參數(shù)滿足諧振條件時(shí)便會(huì)發(fā)生諧振，同時(shí)產(chǎn)生諧振過(guò)電壓。諧振會(huì)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(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，并會(huì)使電氣測(cè)量?jī)x表計(jì)量不準(zhǔn)確；會(huì)對(duì)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(wú)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(guò)電壓不僅會(huì)在操作或事故時(shí)的過(guò)渡過(guò)程中產(chǎn)生，而且還可能在過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后較長(zhǎng)時(shí)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(guò)電壓的持續(xù)時(shí)間要比操作過(guò)電壓長(zhǎng)得多，這種過(guò)電壓一旦發(fā)生，往往會(huì)造成嚴(yán)重后果。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，諧振過(guò)電壓可在各種電壓等級(jí)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(wèn)題。因此，必須在設(shè)計(jì)時(shí)事先進(jìn)行必要的計(jì)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(guò)電壓幅值和及時(shí)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(guò)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(guò)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(hào)動(dòng)作。各次諧波諧振不同特點(diǎn)主要在于：
�、俜执沃C波諧振三相電壓依次輪流升高，超過(guò)線電壓，一般不超過(guò)2倍相電壓，三相電壓表指針在相同范圍出現(xiàn)低頻擺動(dòng)。
�、诨ㄖC振時(shí)，兩相電壓升高，超過(guò)線電壓，但一般不超過(guò)3倍相電壓，一相電壓降低但不等于零。
�、鄹叽沃C波諧振時(shí)，三相電壓同時(shí)升高或其中一相明顯升高，超過(guò)線電壓，但不超過(guò)3~3.5倍相電壓。
2.實(shí)例分析
2.1事故前系統(tǒng)運(yùn)行方式
事故前，某110kV變電站有110kV單母分段、35kV單母分段、10kV單母分段運(yùn)行，10kVI母接511所變、513負(fù)荷I線、514負(fù)荷II線、518電容器、519電容器運(yùn)行；10kV母線II段接521電容器、522電容器，電壓及負(fù)荷均正常；10kV母線II段PT運(yùn)行。
2.2事故經(jīng)過(guò)
2010年6月21日23時(shí)12分，監(jiān)控語(yǔ)音報(bào)警此變電站“10kV母線I段接地”、“10kV母線II段接地”信號(hào)，監(jiān)控屏顯示10kV母線II段電壓值為：
Ua=6.21kV；Ub=7.03kV；
Uc=7.80kV；3Uo=64.11V。
23時(shí)14分，511所變發(fā)出“開關(guān)分閘”、“511開關(guān)電流II段”動(dòng)作、復(fù)歸、“511站用保護(hù)測(cè)控裝置告警”、“511開關(guān)過(guò)負(fù)荷告警”、“逆變電源交流失電”復(fù)歸信號(hào)。511所變開關(guān)變?yōu)椤胺帧蔽�；同時(shí)513負(fù)荷I線、514負(fù)荷II線、518電容器、519電容器發(fā)出“線路保護(hù)測(cè)控裝置告警”、“PT斷線”信號(hào)；521電容器、522電容器發(fā)出“保護(hù)裝置告警”、“電容器PT斷線”等信號(hào)。隨后，后臺(tái)顯示10kV母線II段電壓值持續(xù)升高，23時(shí)15分升高為：
Ua=8.94kV；Ub=9.91kV；
Uc=12.00kV；3Uo=119.97V。
調(diào)度值班員于23時(shí)18分下令遙控?cái)嚅_514負(fù)荷II線開關(guān)，電壓恢復(fù)正常。22日01時(shí)50分，巡線人員匯報(bào)：514負(fù)荷II線機(jī)磚廠支線奶牛廠變壓器引線熔斷后搭在變壓器外殼上，操作人員已將分支拉開……。故障排除后合上514負(fù)荷II線開關(guān)，送電正常，后未見異常情況。
2.3事故原因分析
實(shí)例中所涉及變電站的514負(fù)荷II線機(jī)磚廠支線奶牛廠變壓器引線熔斷后搭在變壓器外殼上后，三相系統(tǒng)對(duì)稱性被破壞，出現(xiàn)零序電流、中性點(diǎn)偏移和對(duì)地電位U0，即開口三角有了零序電壓，零序電壓疊加在二次側(cè)三相電壓上，就出現(xiàn)了二次側(cè)三相電壓不平衡現(xiàn)象。事故起因：514負(fù)荷II線機(jī)磚廠支線奶牛廠變壓器引線熔斷后搭在變壓器外殼上，然后10kV母線接地，系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化滿足諧振條件，諧振發(fā)生之后10kV母線II段三相電壓及零序電壓迅速升高，由電壓波形及數(shù)值可知是發(fā)生高次諧波諧振（鐵磁諧振）。正是諧振導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作發(fā)出一系列錯(cuò)誤信號(hào)。此狀況下，需要仔細(xì)判斷真假信號(hào)，以便很好地進(jìn)行事故處理。實(shí)例中的事故發(fā)生后，當(dāng)班調(diào)度員作出了諧振的準(zhǔn)確判斷，并根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行接地選線，迅速查找出故障線路，并將其切除。
3.諧振事故解決方法
PT在正常工作時(shí)，鐵芯磁通密度不高，不飽和；但如果在電壓過(guò)零時(shí)突然合閘、分閘或單相接地消失，這時(shí)鐵芯磁通就會(huì)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的數(shù)倍，處于飽和狀態(tài)，這時(shí)，某一相或兩相的激磁電流大幅度增加，當(dāng)感抗與容抗參數(shù)匹配恰當(dāng)（滿足諧振條件）時(shí)，即會(huì)發(fā)生諧振，即鐵磁諧振。發(fā)生諧振時(shí)，會(huì)在電感和電容兩端產(chǎn)生2～3.5倍額定電壓的過(guò)電壓和幾十倍額定電流的過(guò)電流，通過(guò)PT的電流遠(yuǎn)大于激磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒壞PT及其它設(shè)備。
3.1防止諧振過(guò)電壓的一般措施
①提高斷路器動(dòng)作的同期性。由于許多諧振過(guò)電壓是在非全相運(yùn)行條件下引起的，因此提高斷路器動(dòng)作的同期性，防止非全相運(yùn)行，可以有效防止諧振過(guò)電壓的發(fā)生。
�、谠诓⒙�(lián)高壓電抗器中性點(diǎn)加裝小電抗。用這個(gè)措施可以阻斷非全相運(yùn)行時(shí)工頻電壓傳遞及串聯(lián)諧振。
�、燮茐陌l(fā)電機(jī)產(chǎn)生自勵(lì)磁的條件，防止參數(shù)諧振過(guò)電壓。
3.2防止諧振過(guò)電壓的具體措施
�、�35kV系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈（加裝消諧電阻）接地，并在過(guò)補(bǔ)償方式下運(yùn)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(yùn)行的PT臺(tái)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(yùn)行，應(yīng)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(diǎn)一律為不接地運(yùn)行③更換伏安特性不良的6~35kVPT。
�、�6~35kV一次側(cè)中性點(diǎn)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。
�、�6~10kV母線裝設(shè)一組Y形接線中性點(diǎn)接地的電容器組。
�、拊�10kVPT高壓側(cè)中性點(diǎn)串聯(lián)單相PT。在實(shí)際工作中諧振的發(fā)生往往伴隨著接地故障，很多時(shí)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(yùn)行方式以改變系統(tǒng)參數(shù)，破壞諧振條件。改變系統(tǒng)運(yùn)行方式經(jīng)常通過(guò)以下途徑實(shí)現(xiàn)：
a.投退電容器。
b.增投線路。
c.若變電站有一臺(tái)以上數(shù)目的主變，可視具體運(yùn)行情況將原本并列（分列）運(yùn)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(yīng)采用尋找線路單相接地故障的方法進(jìn)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(wèn)題的，但往往不一定能準(zhǔn)確及時(shí)判斷出接地線路，以致延誤消振時(shí)間，所以，工作中為及時(shí)消除諧振一般先考慮選擇上述四種途徑。
4.總結(jié)
針對(duì)某110kV變電站諧振事故，利用諧振原理與知識(shí)，分析了此次事故發(fā)生的原因，并結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)諧振過(guò)電壓給出了多種控制措施和方法，以便具體工作中借鑒和運(yùn)用，有效提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，提高供電安全性和可靠性。
【參考文獻(xiàn)】
�。郏保萦邴惷簦炱滠�，李京．WGYC－1A 型微機(jī)式過(guò)壓過(guò)激磁保護(hù)特性分析[J].東北電力技術(shù)，2002
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