電力系統(tǒng)電壓諧振處理措施分析

電力系統(tǒng)電壓諧振處理措施分析摘要：在電力系統(tǒng)中引起電網(wǎng)過(guò)電壓的原因很多，其中諧振過(guò)電壓出現(xiàn)相對(duì)頻繁，其危害性較大。過(guò)電壓發(fā)生，往往會(huì)造成電氣設(shè)備的損壞、燒毀，甚至發(fā)生停電事故。由于諧振過(guò)電壓作用時(shí)間較長(zhǎng)，而且不能用避雷器限制，因此在選擇保護(hù)措施方面有較大的困難。為避免這一現(xiàn)象的發(fā)生，確保供電的安全、可靠，本文結(jié)合實(shí)際提出相應(yīng)的解決對(duì)策。

關(guān)鍵詞：電壓諧振、措施、處理分析

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)，在雷電、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(mǎn)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鐵磁諧振對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的影響

當(dāng)線路發(fā)生單相接地或斷路器操作等干擾時(shí)，造成電壓互感器電壓升高，三相鐵芯受到不同的激勵(lì)而呈現(xiàn)不同程度的飽和，電壓互感器的各相感抗發(fā)生變化，各相電感值不相同，中性點(diǎn)位移產(chǎn)生零序電壓。由于線路電流持續(xù)增大，導(dǎo)致電壓互感器鐵芯逐漸磁飽和，當(dāng)滿(mǎn)足ωL=1/ωC時(shí)，即具備諧振條件，從而產(chǎn)生諧振過(guò)電壓，其造成的主要影響如下：

1.1中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，其運(yùn)行方式的主要特點(diǎn)是單相接地后，允許維持一定的時(shí)間，一般為2h不致于引起用戶(hù)斷電。但隨著中低壓電網(wǎng)的擴(kuò)大，出線回路數(shù)增多、線路增長(zhǎng)，電纜線路的逐漸增多，中低壓電網(wǎng)對(duì)地電容電流亦大幅度增加，單相接地時(shí)接地電弧不能自動(dòng)熄滅必然產(chǎn)生電弧過(guò)電壓，一般為3—5倍相電壓甚至更高，致使電網(wǎng)中絕緣薄弱的地方放電擊穿，并且在過(guò)電壓的作用下極易造成第二點(diǎn)接地發(fā)展為相間短路造成設(shè)備損壞和停電事故，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全運(yùn)行。

1.2在發(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。如果電流尚未達(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損。

1.3諧振發(fā)生后電路由原來(lái)的感性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菪誀顟B(tài)，電流基波相位發(fā)生180°反轉(zhuǎn)，發(fā)生相位反傾現(xiàn)象，可導(dǎo)致逆序分量勝于正序分量，從而使小容量的異步電動(dòng)機(jī)發(fā)生反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

1.4產(chǎn)生高零序電壓分量，出現(xiàn)虛幻接地和不正確的接地指示。

2諧振過(guò)電壓解決方法

電壓互感器（簡(jiǎn)稱(chēng)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(mǎn)足諧振條件)時(shí)，即會(huì)發(fā)生鐵磁諧振。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。

2.1

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。

②在并聯(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。

③破壞發(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。

2.2防止諧振過(guò)電壓的具體措施

①35kV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(hù)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。

④6--35kV一次側(cè)中性點(diǎn)串聯(lián)阻尼電阻或二次側(cè)開(kāi)口三角形繞組并聯(lián)阻尼電阻或消振器。

⑤6--10kV母線裝設(shè)一組Y形接線中性點(diǎn)接地的電容器組。

⑥在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。運(yùn)行中出現(xiàn)諧振過(guò)電壓時(shí)，變電所值班人員應(yīng)準(zhǔn)確記錄當(dāng)時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象和母線電壓的變化，但不得用刀閘拉開(kāi)PT，可先根據(jù)情況采取消振措施，事后匯報(bào)調(diào)度。

2.3從具體倒閘操作檢修等方面考慮消除鐵磁諧振的方法

①給母線充電前先切除PT，充電后再投入PT，停母線時(shí)先切除PT再拉開(kāi)開(kāi)關(guān)。

②操作中注意監(jiān)視母線電壓，如電壓過(guò)高則立即改變方式，合上或拉開(kāi)引起諧振的開(kāi)關(guān)、斷路器或電壓互感器。

③減少同一系統(tǒng)中的電壓互感器的投運(yùn)臺(tái)數(shù)。在系統(tǒng)中由于保護(hù)和計(jì)量的需要有多臺(tái)電壓互感器同時(shí)投運(yùn)，這樣PT投運(yùn)臺(tái)數(shù)越多，總體伏安特性也就越差，PT的總體電抗也就越小，對(duì)于以上問(wèn)題應(yīng)該加強(qiáng)運(yùn)行管理，能用一臺(tái)PT可以替代二臺(tái)的，就不要用兩臺(tái)PT同時(shí)運(yùn)行，在10kV、35kV系統(tǒng)中，有些PT中性點(diǎn)不需要接地運(yùn)行的，就應(yīng)盡可能不接地運(yùn)行。

④有條件的配電所，可在10kV母線每相加入對(duì)地電容，或選用可靠的電纜來(lái)代替一段出線架空線，也是解決諧振既簡(jiǎn)單又行之有效的方法。

⑤加強(qiáng)運(yùn)行管理，提高檢修質(zhì)量。在運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)盡量在操作中減少過(guò)電壓發(fā)生的可能。例如：對(duì)于空載線路應(yīng)退出重合閘，以防止線路重合而引起的過(guò)電壓，并提高檢修質(zhì)量，消除隱患，注重?cái)嗦菲魅喾趾祥l同期性的檢驗(yàn)，以防止斷路器的不同期合閘引起的過(guò)電壓，而激發(fā)諧振的可能性。

⑥維護(hù)好系統(tǒng)其它用電負(fù)荷，避免發(fā)生對(duì)地閃絡(luò)或接地等事故引起的諧振過(guò)電壓。

3結(jié)論

諧振過(guò)電壓頻率多、范圍廣、影響大，內(nèi)外因共同作用所致，外因是外部故障或進(jìn)行設(shè)備操作，內(nèi)因是PT鐵芯飽和及參數(shù)不匹配，故深入分析原因，提出防振消振措施很必要。電網(wǎng)系統(tǒng)在利用先進(jìn)技術(shù)、選取優(yōu)良設(shè)備、加強(qiáng)運(yùn)維管理后，消除諧振過(guò)電壓，使電力系統(tǒng)更安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn):

［1］要煥年，曹梅月.電力系統(tǒng)諧