鐵磁諧振的規(guī)程

1、電力系統(tǒng)鐵磁諧振過(guò)電壓防護(hù)規(guī)程電力系統(tǒng)中存在著許多儲(chǔ)能元件，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行操作或發(fā)生故障時(shí)，變壓器、互感器等含鐵芯元件的非線(xiàn)性電感元件與系統(tǒng)中電容串聯(lián)可能引起鐵磁諧振，對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行構(gòu)成危害。在中性點(diǎn)不接 地的非直接接地系統(tǒng)中，鐵磁式電壓互感器引起的鐵磁諧振過(guò)電壓是常見(jiàn)的，是造成事故較多的一種內(nèi)部過(guò)電壓。這種過(guò)電壓輕則使電壓互感器一次熔絲熔斷，重則燒毀電壓互感器，甚至炸毀瓷絕緣子及避雷器造成系統(tǒng)停運(yùn)。在一定的電源作用下會(huì)產(chǎn)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)中出現(xiàn)嚴(yán)重的諧振過(guò)電壓。1電壓互感器引起鐵磁諧振的原因分析電磁式電壓互感器引起鐵隔淸掘的等值電路在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，為了監(jiān)視對(duì)地絕緣，母線(xiàn)上常接有Y

2、接線(xiàn)的電磁式電壓互感器，如圖1所示，圖 中uO為電源電勢(shì)，C為線(xiàn)路等設(shè)備的對(duì)地電容，L為電壓互感器激磁電感，R0為中性點(diǎn)串聯(lián)消諧電阻。在正常運(yùn)行狀態(tài)下電壓互感器勵(lì)磁感抗很大，其數(shù)值范圍在兆毆級(jí)以上且各相對(duì)稱(chēng)。C數(shù)值視線(xiàn)路長(zhǎng)短而定，線(xiàn)路愈長(zhǎng)容抗愈小，即以1 km線(xiàn)路而言，其每相對(duì)地電容約0. 004卩F ,故其容抗小于1 MQ,所以整個(gè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)地仍呈容性且基木對(duì)稱(chēng)，電網(wǎng)中性點(diǎn)的位移電壓很小，U-I特性如圖2所示。接近地電位。但電壓互感器的勵(lì)磁電感隨通過(guò)的電流大小而變化，其2. 0 r1.81.6f nl ZL2t- /Jfl /型 1.0 1 一OS06 - /0.4 J2JI L 1 LJ*02

3、4681012電漩/圖2電壓互霖器匕一恤紅由圖2可見(jiàn)，曲線(xiàn)的起始一段接近直線(xiàn)，其電感相應(yīng)地保持常數(shù)。當(dāng)激磁電流過(guò)大時(shí)，鐵芯飽和，則L值隨之大大降低。正常運(yùn)行時(shí)鐵芯工作在直線(xiàn)范圍，當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)某些波動(dòng)，如電壓互感器突然合閘的巨大涌流、線(xiàn)路瞬間單相弧光接地等，使電壓互感器發(fā)生三相不同程度的飽和，以至破壞了電網(wǎng)的對(duì)稱(chēng)，電網(wǎng)中性點(diǎn)就出現(xiàn)較高的位移電壓，造成工頻諧振或激發(fā)分頻諧振。2鐵磁諧振的特點(diǎn)對(duì)于鐵磁諧振電路，在相同的電源電勢(shì)作用下，回路可能不只有一種穩(wěn)定的工作狀態(tài)。電路到底穩(wěn)定在哪種工作狀態(tài)，要看外界沖擊引起的過(guò)渡過(guò)程的情況。TV的非線(xiàn)性鐵磁特性是產(chǎn)生鐵磁諧振的根本原因，但鐵磁元件的飽和效應(yīng)木身，

4、也限制了過(guò)電壓的幅值。此外回路損耗也使諧振過(guò)電壓受到阻尼和限制。當(dāng)回路電阻大于一定的數(shù)值時(shí)，就不會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的鐵磁諧振過(guò)電壓。串聯(lián)諧振電路，產(chǎn)生鐵磁諧振過(guò)電壓的的必要條件是很大的范圍內(nèi)發(fā)生。3 0= 1/L0C V 3o因此鐵磁諧振可在維持諧振振蕩和抵償回路電阻損耗的能量均由工頻電源供給。為使工頻能量轉(zhuǎn)化為其它諧振頻率的能量，其 轉(zhuǎn)化過(guò)程必須是周期性，且有節(jié)律的，即，1/2 （1 ,2, 3,）倍頻率的諧振。鐵磁諧振對(duì)TV的損壞，鐵磁諧振（分頻）一般應(yīng)具備如下三個(gè)條件。鐵磁式電壓互感器（TV）的非線(xiàn)性效應(yīng)，是產(chǎn)生鐵磁諧振的主要原因。TV感抗為容抗的100倍以?xún)?nèi)，即參數(shù)匹配在諧振范圍。要有激發(fā)條件

5、，如投入和斷開(kāi)空載母線(xiàn)、TV突然合閘、單相接地突然消失、外界對(duì)系統(tǒng)的干擾或系統(tǒng)操作產(chǎn)生的過(guò)電壓等。由前面分析可知，事故中具備了3個(gè)條件，才導(dǎo)致了此次事故。當(dāng)良站10 kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，故障點(diǎn)流過(guò)電容電流，未接地的兩相B、C相電壓升高31/2,對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生擾動(dòng)，在這一瞬間電壓突變過(guò)程中，TV高壓線(xiàn)圈的非接地兩相的勵(lì)磁電流就要突然增大，甚至飽和，由此構(gòu)成相間串聯(lián)諧振。飽和后的TV勵(lì)磁電感變小，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)地阻抗趨于感性，此時(shí)若系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的對(duì)地電感與對(duì)地電容相匹配，就形成共振回路，激發(fā)各種鐵磁諧振過(guò)電壓。尤其是分頻鐵磁諧振可導(dǎo)致相電壓低頻擺動(dòng)，勵(lì)磁感抗成倍下降，產(chǎn)生過(guò)電壓，過(guò)電壓幅值可達(dá)到近23.

6、5Ue以上，但此過(guò)電壓達(dá)不到避雷器的動(dòng)作電壓1. 7 kV,故母線(xiàn)避雷器并未動(dòng)作。同時(shí)，感抗下降會(huì)使勵(lì)磁回路嚴(yán)重飽和，勵(lì)磁電流急劇加大，電流大大超過(guò)額定值，據(jù)試驗(yàn)，分頻諧振 的電流可達(dá)正常電流的240倍以上，導(dǎo)致鐵芯劇烈振動(dòng)。TV是在這樣大的電流下運(yùn)行，使本身的溫度也迅速升高，當(dāng)熱量積累到一定程度，干式TV中大量絕緣紙、絕緣介質(zhì)會(huì)受熱氣化，體積急速膨脹，而存放絕緣紙、絕緣介質(zhì)的干式互感器內(nèi)部空間有限，當(dāng)壓強(qiáng)積累到一定程 度時(shí)便產(chǎn)生了TV爆炸。3鐵磁諧振頻率區(qū)域的判別電力網(wǎng)中發(fā)生不同頻率的諧振,與系統(tǒng)中導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地分布電容的容抗XcO,和電壓互感器并聯(lián)運(yùn)行的綜合電感的感抗Xm兩者的比值XcO/Xm有

7、直接關(guān)系。Xco 視具體情況而定，架空線(xiàn)路 Xco= 350X 31/2/L , kQ /km；電纜 Xco= 10X 31/2/L , kQ/km ; 變壓器線(xiàn)圈對(duì)地電容的容抗XcO 一般取600-1 000 k Qo其中L為線(xiàn)路長(zhǎng)度，單位kmoXm為由電壓互感器的二次側(cè)感抗100 V/I折算到一次側(cè)的感抗。其中I為二次側(cè)的實(shí)際測(cè)試電流。3.1分頻諧振當(dāng)比值XcO/Xm較?。ㄔ?.010.07 ）時(shí)發(fā)生的諧振是分頻諧振。電容和電感在振蕩時(shí)能量交換所需的 時(shí)間較長(zhǎng)，振蕩頻率較低，表現(xiàn)為：過(guò)電壓倍數(shù)較低，一般不超過(guò)2.5倍相電壓；三相電壓表的指示數(shù) 值同時(shí)升高，并周期性擺動(dòng)，線(xiàn)電壓正常。3. 2

8、咼頻諧振當(dāng)比值XcO/Xm較大（在0.552.8 ）時(shí)發(fā)生的諧振是高頻諧振。發(fā)生高頻諧振時(shí)線(xiàn)路的對(duì)地電容較小， 振蕩時(shí)能量交換較快。表現(xiàn)為過(guò)電壓倍數(shù)較高；三相電壓表的指示數(shù)值同時(shí)升高，最大值可達(dá)到45倍 相電壓，線(xiàn)電壓基本正常；諧振時(shí)過(guò)電流較小。3.3基頻諧振當(dāng)比值XcO/Xm接近于1時(shí)，發(fā)生諧振的諧振頻率與電網(wǎng)頻率相同，故稱(chēng)之為基頻諧振。其表現(xiàn)為：三相電壓表中指示數(shù)值為兩相升高、一相降低，線(xiàn)電壓正常；過(guò)電流很大，往往導(dǎo)致電壓互感器熔 絲熔斷，嚴(yán)重時(shí)其至?xí)龎幕ジ衅?；過(guò)電壓不超過(guò)3.2倍相電壓，伴有接地信號(hào)指示，稱(chēng)為虛幻接地現(xiàn) 象。當(dāng)XcO/Xmc 0.01或Xc0/Xm2. 8時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)發(fā)

9、生鐵磁諧振。在不同的諧振區(qū)域，諧振的外施觸發(fā)電壓是不同的。分頻諧振區(qū)諧振外施電壓為最低，在正常額定電壓下系統(tǒng)稍有波動(dòng)就可觸發(fā)諧振。而高頻諧振區(qū)的諧振外施電壓最高。在同一諧振區(qū)域內(nèi)不同的XcO/Xm比值下，諧振的最低外施觸發(fā)電壓（臨界值）也是不同的。4防止鐵磁諧振的措施電網(wǎng)的不斷發(fā)展使線(xiàn)路參數(shù)發(fā)生變化，鐵磁式電壓互感器的大量使用，使電網(wǎng)產(chǎn)生鐵磁諧振的可能性增 大。所以，為了使電網(wǎng)安全可靠供電，必須采取有效措施防止鐵磁諧振的發(fā)生。防止鐵磁諧振的產(chǎn)生，應(yīng)從改變供電系統(tǒng)電氣參數(shù)著手，破壞回路中發(fā)生鐵磁諧振的參數(shù)匹配。這樣既可 防止電壓互感器發(fā)生磁飽和，又可預(yù)防電壓互感器鐵磁諧振過(guò)電壓的產(chǎn)生。4.1改變

10、電氣參數(shù)4. 1. 1裝設(shè)繼電保護(hù)設(shè)備當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，為改變電壓互感器的諧振參數(shù)，可通過(guò)裝設(shè)一套繼電保護(hù)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。該裝 置是利用單相接地時(shí)所產(chǎn)生的較大諧振電流，啟動(dòng)電流繼電器投入，將電壓互 感器二次側(cè)開(kāi)口三角處繞組 短接。當(dāng)故障排除后，保護(hù)裝置恢復(fù)原狀，電壓互感器恢復(fù)正常運(yùn)行。4. 1. 2選用不易飽和的或三相五柱式電壓互感器10 kV系統(tǒng)中使用的電壓互感器，應(yīng)選用勵(lì)磁感抗大于1.5 M Q的電壓互感器。4. 1.3減少電壓互感器臺(tái)數(shù)在同一電網(wǎng)中，應(yīng)盡量減少電壓互感器的臺(tái)數(shù)，尤其是限制中性點(diǎn)接地電壓互感器的臺(tái)數(shù)。 如變電所的電壓互感器，只作為測(cè)量?jī)x表和保護(hù)用時(shí)，其中性點(diǎn)不允許接地。

11、4. 1.4串接單相互感器 滿(mǎn)足XcO/Xmc 0. 01的條件，可避免因深度飽和而引起的諧振。在三相電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)串接單相互感器，使三相電壓互感器等值電抗顯著增大，4. 1.5每相對(duì)地加裝電容器此法可使網(wǎng)絡(luò)等值電容變小，網(wǎng)絡(luò)等值電抗不能與之匹配，從而消除諧振。4. 1.6在中性點(diǎn)裝設(shè)消弧線(xiàn)圈在10 kV系統(tǒng)中發(fā)生諧振，且單相接地電流值較大或接近30 A時(shí)，可將中性點(diǎn)通過(guò)消弧線(xiàn)圈接地。4. 1. 7投入備用線(xiàn)路當(dāng)系統(tǒng)中只有一組電壓互感器投入的情況下，路，以增加分布電容來(lái)防止諧振的發(fā)生。若供電線(xiàn)路總長(zhǎng)度較短時(shí)，可投入部分備用線(xiàn)4.2消耗諧振能量4.2.1在TV開(kāi)口三角形側(cè)并聯(lián)阻尼電阻當(dāng)電

12、網(wǎng)運(yùn)行正常時(shí)，電壓互感器二次側(cè)開(kāi)口三角處繞組兩端沒(méi)有電壓，或僅有極小的不對(duì)稱(chēng) 電壓。當(dāng)電網(wǎng) 發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于此電阻阻值較小，故繞組兩端近似于短接，起到了改變電壓互感器參數(shù)的作用。這一措施不僅能防止電壓互感器發(fā)生磁飽和， 而且能有效地消 耗諧振能量，防止產(chǎn)生諧振過(guò)電壓。此方法常用在要求不太高的變電站， 如消諧電阻采用電 燈泡或電阻絲，當(dāng)其損壞后將不會(huì)有消諧作用； 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)， 在開(kāi)口三角側(cè)將產(chǎn)生100 V的電壓，而由于電燈泡或電阻絲的冷態(tài)電阻是較小的，這將在TV開(kāi)口三角側(cè)流過(guò)較大的電流引起TV損壞。4. 2. 2在電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)與地之間串接消諧電阻R0此電阻可用以削弱或

13、消除引起系統(tǒng)諧振的高次諧波。模擬試驗(yàn)表明：當(dāng)R0/Xm5 51 X 10-3時(shí)，即使系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，也不會(huì)激發(fā)分頻鐵磁諧振。但阻值太大,則會(huì)影響系統(tǒng)接地保護(hù)的靈敏度。消諧電阻R0的計(jì)算。先測(cè)出各電壓互感器二次側(cè)的勵(lì)磁感抗Xm求出各電壓互感器并聯(lián)后的xm直，再折算至一次側(cè)，即為系統(tǒng)總的Xm RO的值應(yīng)在0.008 8-0. 0500Xm間選擇。R0的容量可按P0=U20/R0 = (3R0U $ /Xm)2/R0 來(lái)選擇。消諧電阻應(yīng)按電壓互感器中性點(diǎn)處串接 校驗(yàn)。R0后，用開(kāi)口三角處電壓U的變化量 UA%來(lái) UA % 二(- U% ) 5%UA % = l/6(3R0/Xm)2(l+ 2Xm/Xj) X 100%式中Xj 電壓互感器在Uj下的勵(lì)磁電抗。4. 2.3裝設(shè)消諧裝置可在電壓互感器的開(kāi)口三角繞組處直接裝設(shè)消諧裝置，當(dāng)發(fā)生諧振時(shí)，電壓在設(shè)計(jì)周波下達(dá)到動(dòng)作值時(shí)，裝置的鑒頻系統(tǒng)自動(dòng)投入“消諧電阻”吸收諧振能量，消除鐵磁諧振。消諧裝置動(dòng)作較可靠，還可以記錄故障時(shí)的電壓