（电气工程专业论文）达旗电厂高压母线铁磁谐振的研究.pdf

j i 士= 1明 只月 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文 ：达旗电厂高压母线铁磁谐振的 研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作 和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其 他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅： 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方 式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 一卜i一 龟1 4 p 华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 达拉特发电厂2 2 0 k v 升压站是内蒙古电网的枢纽变电站，该变电站的铁磁谐振问题 严重影响电网安全，研究、解决铁磁谐振问题具有重要的理论意义和实用价值。铁磁谐 振问题影响因素很多，很难找到理论上、实际上的最优解决办法，本文提出电压互感器 一次侧中性点瞬时接入电阻的方法。 从达拉特发电厂实际出发对历次铁磁谐振进行了研究，阐述了断路器断口均压电容 引起的铁磁谐振现象，分析了产生的原因，用数值仿真、实测等方法分析了断口均压电 容、母线对地电容、铁磁元件、元件动态磁滞特性对铁磁谐振的影响。讨论了铁磁振谐 的限制措施，并对各种措施进行了比较，提出了有效限制措施。对所提出的新方法进行 了现场实测，取得了较为满意的结果，验证了本文所提出的消谐方法是正确而有效的。 关键词：铁磁谐振过电压，理论，计算，措施 t h e2 2 0 k v s t e p u ps u b s t a t i o no fd a r a tp o w e rp l a n ti sac e n t r a lt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o ni n i n n e rm o n g o l i ap o w e rg r i d ，t h ef e r r o r e s o n a n c ep r o b l e m si nt h es u b s t a t i o ns e r i o u s l ya f f e c t t h en e t w o r ks e c u r i t y , s t u d i n ga n dr e s o v l i n gt h ef e r r o r e s o n a n c ep r o b l e mh a v ei m p o r t a n t t h e o r e t i c a l s i g n i f i c a n c e sa n dp r a c t i c a lv a l u e s t h e r e a r em a n yf a c t o r st h a te f f e c tt h e f e r r o r e s o n a n c ep r o b l e m ，i ti sd i f f i c u l tt of i n dt h eo p t i m a ls o l u t i o ni nb o t ht h e o r ya n da c t u a l a p p l i c a t i o n ，i nt h i sp a p e r , am e t h o dt h a ti n s t a n t a n e o u s l ya c c e s sar e s i s t a n c ea tt h ep r i m a r y s i d es i d eo ft h ev o l t a g et r a n s f o r m e rn e u t r a lp o i n ti sp u tf o r w a r d b a s e do nd a r a tp o w e rp l a n t sa c t u a ls i t u a t i o n st h es e v e r a lf e r r o r e s o n a n c ep r o b l e m sa r e s t u d i e d ，f e r r o r e s o n a n c ep h e n o m e n o nc a u s e db yt h ep r e s s u r ec a p a c i t o ra tc i r c u i tb r e a k e r f r a c t u r ei sd e s c r i b e d ，t h ec a u s ei sa n a l y z e d ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t a lm e t h o d s a r eu s et oa n l y z et h ee f f e c t so ff r a c t u r ep r e s s u r ec a p a c i t a n c e ，b u s t o - g r o u n dc a p a c i t a n c e ， f e r r o m a g n e t i cc o m p o n e n t s a n d c o m p o n e n td y n a m i ch y s t e r e s i s c h a r a c t e r i s t i c so n f e r r o r e s o n a n c m e a s u r e sf o rr e s t r i c t i n gf e r r o r e s o n a n c ea r ed i s c u s s e d ，a n dv a r i o u sm e a s u r e sa r e c o m p a r e d ，f i n a l l y t h ee f f e c t i v er e s t r i c t i v em e a s u r e si s p r o p o s e d t h e o n - s i t ef i e l d m e a s u r e m e n tf o rt h ep r o p o s e dn e wm e t h o dh a sg o tam o r es a t i s f a c t o r yr e s u l t ，w h i c hv a l i d a t e t h a tt h ep r o p o s e dh a r m o n i ce l i m i n a t i o nm e t h o di sc o r r e c ta n de f f e c t i v e “s h e n g f e i ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f l ih e m i n g k e yw o r d s ：f e r r or e s o n a n c eo v e r v o l t a g e ，t h e o r y , c a l c u l a t i o n ，m e a s a u r e s ， i ，l 鸳 ，、j 1 j p q k - k 么 华北电力大学工程硕士学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章引言1 1 1 课题来源“1 1 2 课题任务3 第二章铁磁谐振过电压理论基础及数值仿真5 2 1 达拉特发电厂发生铁磁谐振的介绍5 2 1 1 现场实测试验接线6 2 1 2 实测时的运行方式6 2 1 3 实测结果和分析7 2 2 中性点接地系统断口电容引起的谐振1 1 2 3 达拉特发电厂2 2 0 k v 变电站铁磁谐振数学模型建立1 3 2 3 1 升压站设备参数1 3 2 3 2 铁磁谐振过电压影响因素、数值计算及分析1 4 2 4 铁磁谐振过电压模拟试验的研究2 0 2 5 铁磁元件动态特性对铁磁谐振的影响2 4 2 5 1 基本磁化特性对谐振的影响2 4 2 5 2 磁滞对谐振的影响2 5 2 6 均压电容对谐振影响2 7 2 6 1 铁磁谐振的条件及特点2 7 2 6 2p t 的磁化特性2 8 2 6 3 谐振模拟试验3 0 2 7 均压电容对谐振影响的模拟试验3 1 第三章达电2 2 0 k v 系统消除铁磁谐振措施的数值计算及分析3 3 3 1 选取是佳限制措施3 3 华北电力大学工程硕士学位论文目录 3 2 改变操作方法消除谐振3 3 3 3 电压互感器开口角绕组端口接阻尼电阻3 5 3 4 改善电磁式互感器的性能3 8 3 4 1 电磁式电压互感器的性能3 8 3 4 2 充分利用层间绝缘空间增大容性泄漏3 8 3 4 3 二次绕组并接速饱和装置3 9 3 5 母线上加装电容器组限制铁磁谐振过电压4 0 3 5 1 数值仿真程序：4 0 3 5 2 计算回路与参数选择4 0 3 5 3 计算结果4 l 3 6 电压互感器一次侧中性点接地端瞬间投入阻尼电阻4 5 3 6 1 接线方式：4 5 3 6 2 瞬间接入电阻的取值4 7 3 7 本章小结4 9 第四章达拉特发电厂2 2 0 k v 母线铁磁谐振实验报告5 0 4 1 试验原因5 0 4 2 试验的接线5 0 4 2 1 试验时母线运行方式5 0 4 2 2 测量回路及消谐装置接线5 0 4 3 试验程序5 l 4 4 消谐试验安全措施及注意事项5 2 4 5 激发谐振及消谐试验5 2 4 6 试验结果及分析5 6 第五章结论5 8 参考文献6 0 致谢6 4 附图6 5 。在学期间发表的学术论文和参加科研情况6 7 ； 一 - 1 | p 噜 i i 华北电力大学工程硕十学位论文 1 1 课题来源 第一章引言 长期以来，电力系统铁磁谐振过电压严重威胁着电网安全运行，多年来国内外 专家对铁磁谐振问题进行了研究，基本弄清了中性点不接地系统的铁磁谐振机理与 限制措施，但对中性点接地系统的铁磁谐振的研究相对来说工作开展的不如前者， 随着电网的日趋复杂，操作频繁，电压等级的提高，中性点接地系统的铁磁谐振过 电压问题也越来越突出，其出现的概率也逐渐增多，在高压系统中出现的危害性很 大，必须进行研究并加以解决。 铁磁谐振过电压是指电力系统断路器操作或系统发生故障时，电网内的某些回 路或元件被分割开来，形成了主要以串连补偿电容c ( 或开关的断口电容器) 和电压 互感器的励磁电感l 所组成的l 、c 震荡回路，在一定的能源作用下产生的串连谐 振( 文献 3 7 1 ) ，它可以是基频谐振、分频谐振，高频谐振极少存在。2 2 0 k v 系统铁 磁谐振是在空母线切投过程中，断路器的断口电容给电磁式电压互感器供电引起的 铁磁谐振。铁磁谐振影响因素很多，诸如：互感器的台数和互感器的励磁特性的影 响，线路参数对谐振的影响，不同激发方式的影响，以及系统谐波源的影响，这些 因素的作用结果，轻则引起母线差动保护复合电压继电器烧损，重则引起电压互感 器爆炸、开关柜烧毁，母差保护动作，造成母线停电事故，它不仅影响对用户的供 电，而且造成主设备损坏，严重威胁着电网的安全运行。 达拉特发电厂位于内蒙古鄂尔多斯市的达拉特旗树林召镇，为北方电力公司所 属电厂，北方电力公司由华能集团控股，华能集团、中信泰富、神华公司、内蒙古 电力投资公司分别持有北方公司5 1 、2 0 、2 0 、9 的股权。一、二期工程装机容 量4 3 3 0 兆瓦，于1 9 9 8 年1 1 月建成投产，三期工程装机容量2 3 3 0 兆瓦，于2 0 0 3 年1 2 月投产，四期工程装机容量2 6 0 0 兆瓦，于2 0 0 7 年6 月投产，总装机容量 3 1 8 0 兆瓦，四期两台直接空冷机组是北京2 0 0 8 奥运会配套工程，目前该厂是华能 集团主力火力发电厂。达拉特发电厂的投产发电缓解了北京市严重缺电的局面，实 现了内蒙电业“三高三大的奋斗目标，落实了“煤从空中走，电送北京城”的发 展思路，拉开了西电东送的帷幕，该电厂是内蒙古、北京市双方优势互补，东西双 赢的杰作，它不仅推动了内蒙古电力的大发展，使电力市场得以稳步拓展，而且拉 动了自治区经济的发展，为自治区财政做出了重大贡献，煤炭资源得到了有效的转 华北电力大学工程硕士学位论文 化，同时有力支持了北京的经济建设，改善了北京市的电力结构，极大地缓解了北 京市的环保压力，而且是北京市对口支援边疆少数民族地区举措的一个成功典范。 达拉特发电厂2 2 0 k v 厂内变电站共有l o 条2 2 0 k v 线路、4 台发电机、3 台启 备变，通过5 2 联变与5 0 0 k v 系统相联，是内蒙古电力东送京、津、唐地区的主 力发电厂，该厂2 2 0 k v 系统安全运行非常重要，它直接关系到向北京送电的质量， 2 2 0 k v 系统如产生铁磁谐振，将造成严重经济损失和恶劣的政治影响，1 9 9 6 年至 2 0 0 7 年期间该厂2 2 0 k v 系统曾发生过1 1 次铁磁谐振，造成主设备过电压、电压互 感器喷油、母差保护复合电压继电烧毁的严重后果，威胁着电网的安全运行，严重 影响向北京送电的电能质量。 达拉特发电厂2 2 0 k v 系统为双母线四分段带旁路，两组母线分成三列，中间l 母( 或3 母) ，两边2 母( 或4 母) ，三列母线呈“e 型布置。2 2 0 k v 开关是河南平项 山开关厂制造的l w 。一2 2 0 型s f 6 开关，双断口，断口电容为1 2 5 0p f ，母线对地电 容为3 7 5p f ，各母线接一组氧化锌避雷器和一组j d c f 一2 2 0 w 型电磁式电压互感器， 从1 1 次铁磁谐振发生情况来看：1 0 0 发生在投切空母线时，开关断口的均压电容 c l 、带p t 的空母线对地电容c 2 与电压互感器的励磁电感l 形成串联回路而激发起 铁磁谐振现象。 以4 母空载为例的等效电路： 3 瓶广 l l 一 什3 铿4 e 西) 图1 - 1 接线图及等效电路图 如图所示1 - 1 ( a ) 、( b ) 所示是由电容与电感串联的谐振电路，图中k 为开关断 口，c 1 为开关断口上的均压电容，c 2 为母线及母线上各设备的对地电容，l 为电压 互感器非线性电感，r 为回路等值电阻，e 为电源相电压。 运行经验表明，这种形式的铁磁谐振在l i o k w - - 3 3 0 k v 变电所中普遍存在，谐 振过电压达到1 6 5 - - - , 3 倍，谐振过电压持续时间可达十几秒，甚至可能长期存在， 互感器中的过电流达到额定电流的2 0 - - 一5 0 倍，过电流会使互感器过热及绝缘损坏， 当空母线再次投入，电源电势上升，将会导致受损的互感器发生喷油，甚至爆炸。 2 噜 k 华北电力人学工程硕士学位论文 p t 铁磁谐振可能产生的几种典型的谐振情况，现分述如下： ( 1 ) 基频谐振。基频谐振是指：谐振波的频率为5 0 h z 。 ( 2 ) 分频谐振。分频谐振是指：谐振波的频率约为2 5 h z 。分频谐振频率不是 刚好为2 5 h z ，而是约为2 3 8 h z 。发生分频谐振时，电压表指针作低频摆动，分频 谐振不出现过电压，是过励磁。 ( 3 ) 衰减谐振。衰减谐振指：谐振波的振荡频率低于2 3 8 h z ，中性点电压波呈 明显的衰减形式。文献 2 称衰减谐振为非特征波谐振 ( 4 ) 分次谐振。分次谐振指：谐振波频率比2 5 h z 大，但比5 0 h z 小。谐振波 基本上不衰减。发生分次谐振时，三相电压同时升高，过电压对设备绝缘一般不构 成威胁，但p t 电流很大，很容易熔断熔丝。 ( 5 ) 高频谐振。高频谐振指：频振波的频率大于5 0 h z ( 一般为基波奇数倍如 1 5 0 h z 、2 5 0 h z 等) 高频谐振基本不存在。 铁磁谐振问题已逐渐引起人们的注意，近几年国内外专家学者在这方面进行了 不少工作，积累了许多宝贵的数据及研究资料，找到了不少有效的限制措施，但也 存在一些不足之处，对中性点直接接地的铁磁谐振发生机理难于深入分析，传统的 分析方法存在着把实际研究系统简单化为单相非线性的电路特点。针对达拉特发电 厂2 2 0 k v 系统的情况，进行该方面的计算分析是很有必要的。 1 2 课题任务 消除电压互感器引起的铁磁谐振，减少大接地系统的事故发生率，是我们研究 铁磁谐振的目的。在消除铁磁谐振方面，国内外专家都进行了大量工作，采用多种 有效措施，从现象上看，基本分为两类，即改变谐振回路参数和阻尼谐振的方法， 改变参数是指改变谐振回路中储能元件电感、电容的参数，从而破坏谐振条件，增 加阻尼是通过在系统回路中加入电阻阻尼，使谐振减少或不发生，这两种措施均能 限制铁磁谐振过电压，但对达拉特发电厂2 2 0 k v 变电站的情况，究竞应采取哪种措 施，还需计算分析。 采用何种计算方法进行计算机仿真， g e a r 方法计算电力系统铁磁振过电压的， 电磁暂态过程进行计算仿真。 国内外专家进行了大量的研究，有采用 还有r u n g e k u t t a 法对接地系统p t 回路 随着计算机的普及，数值计算法在铁磁谐振过电压的研究初露头脚，由于计算 华北电力大学工程硕士学位论文 过程比较复杂并要求有较高级计算机，因此将控制理论上的描述函数法应用到中性 点直接接地系统铁磁谐振过电压的计算上，建立的电压互感器描述函数使计算过程 更趋简单，计算精度能够满足要求，应用描述函数法能对母线电容c m ，回路等值电 路r 与铁磁谐振之间的关系进行精确估算，求得c m 、r 极值，为采取行之有效的消 谐措施提供令人信服的理论依据。 美国帮纳维尔电力局( b p a ) 编制的电磁暂态过程计算程序e m p t ( e l e c t r o m a g n e t i ct r a n s i e tp r g r a m ) 是当今世界上应用最广泛的研究电力系统暂态过程 的程序，它是目前国际通用的数学程序，它规模大，功能强，正被许多国家及地区 的专家所应用。在电力系统波过程、防雷及操作过电压等方面已被验证及认可，是 计算电力系统过电压的有效工具。其基本的数学方法是b e r g e r o n 方法。其实质是 用b e r g e r o n 特征线法求解线路上的波过程，而用梯形积分方法求解集中参数电路 中的暂态过程。经过比较分析，本课题决定采用e m p t 进行模拟计算。将e m t p 程序 应用到达拉特发电厂2 2 0 k v 变电站铁磁谐振中，通过模拟各种因素对铁磁谐振的影 响，找到限制铁磁谐振过电压的措施，并进行模拟计算和进行综合比较，从而找出 影响达拉特发电厂2 2 0 k v 变电站铁磁谐振主要因素及有效的限制措施。 4 华北电力大学工程硕士学位论文 第二章铁磁谐振过电压理论基础及数值仿真 2 1 达拉特发电厂发生铁磁谐振的介绍 达拉特发电厂2 2 0 k v 母线一期工程完工时形成双母线不分段接线，二期工程施 工中改接为双母线双分段带旁路接线，1 9 9 7 年5 月3 日二期工程配套出线间隔达土 2 5 7 线路启动试验中发生了严重的铁磁谐振。当时准备对2 5 7 线核相和试送电时，3 段母线形成空载，在倒闸操作中，空载的3 段母线上有2 台l w 。一2 2 0 型s f 。断路器 处于热备用状态，即l w 。- 2 2 0 型断路器是断开状态，但断口间有1 2 5 0p f 的均压电 容，断口的一端连接1 、4 段母线，另一端与2 2 0 k v 电压互感器连接，使空载的3 段母线与2 2 0 k v 电压互感器之间有电容耦合，如图2 1 所示。3 段母线上有电磁式 电压互感器，母线对地有电容，其等值电路如图2 2 所示，图中：k 为开关断口； c l 为开关断口上均压电容；c 2 为母线及母线上各设备的对地电容；l 为变压器非线 性屯感；r 为回路等值电阻；e 为电源相电压。 图2 - i 接线示意图 c 图2 - 2 等值电路图 因为电感是非线性的，故属于非线性铁磁谐振。倒闸操作中安装和运行人员从 盘表上已发现异常指示，测得变压器二次侧电压：u a b = 1 8 0 v 、u b c = 1 6 0 v 、u c a = 1 4 0 v 、 u a n = u b n = 1 2 0 v ，开口三角处电压2 0 0 v 。安装人员没有认识到这是铁磁谐振现象，而 误认为二次回路接线方面的问题，注意力集中在寻找二次接线的错误，在一次设备 巡检时发现电压互感器大量喷油。事后经吊芯检查，3 段母线上三相电磁式电压互 感器全部烧毁。为了寻求消除这类谐振的有效办法，2 2 0 k v 母线各段进行电压互感 器铁磁谐振现场试验。 1 9 9 8 年6 月1 2 日2 2 0 k v 系统4 母停电倒闸操作中，当断开母联2 3 4 开关、分 5 华北电力大学：i = 程硕士学位论文 段2 2 4 开关后，从电压表、频率表观察有电压存在，烧毁母差b 保护复合电压继电 器。 2 0 0 0 年1 2 月9 日2 2 0 k v 系统3 母停电倒闸操作中，当断开母联2 3 4 开关、分 段2 1 3 开关后，电晕声激增，声音异常，3 母电压表指示最大。当拉开2 1 3 3 刀闸后 谐振消失，对设备安全及稳定运行造成严重影响。 2 1 1 现场实测试验接线 达旗电厂2 2 0 k v 母线共分成四段，每段母线上都有一组j c c 型电压互感器，各 段母线均由开关相联，其电气接线图见附页。为了消除已激发的铁磁谐振，空出一 条线路，根据需要投入或切除。 标准运行方式： 单号开关上1 母( 或3 母) ，双号开关上2 母( 或4 母) 即地区变i 回2 5 1 开关、 达包i 回2 5 3 开关、达古i 回2 5 5 开关、# l 发变组2 0 1 开关运行于l 母，# 1 启备 变2 0 0 甲开关、地区变i i 回2 5 2 开关、达包i i 回2 5 4 开关、# 2 发变组2 0 2 开关运 行于2 母，达土2 5 7 开关、达东i i 回2 5 9 开关、# 3 发变组2 0 3 开关运行于3 母， 达古i i 回2 5 6 开关、达东i 回2 5 8 开关、旁路2 3 5 开关、5 2 联变2 5 0 开关、# 2 启备变2 0 0 乙开关、# 4 发变组2 0 4 开关运行于4 母。 2 1 2 实测时的运行方式 实测时的运行方式有四种： 第一种：1 母线空载( 2 1 3 i 、2 1 2 l 刀闸在合闸状态) ，母线上有一组电压互感器， 经2 1 2 、2 1 3 开关断口电容与运行母线2 母、3 母相联。 第二种：2 母线空载( 2 2 4 2 、2 1 2 2 刀闸在合闸状态) ，母线上有一组电压互感器， 经2 12 、2 2 4 开关断口电容与运行母线1 母、4 母相联。 第三种：3 母线空载( 2 1 3 1 、2 3 4 3 刀闸在合闸状态) ，母线上有一组电压互感器， 经2 1 3 、2 3 4 开关断口电容与运行母线1 母、4 母相联。 第四种：4 母线空载( 2 2 4 2 、2 3 4 4 刀闸在合闸状态) ，母线上有一组电压互感器。 经2 2 4 、2 3 4 开关断口电容与运行母线2 母、3 母相联。 操作顺序：将试验母线上的出线和机组移出。 6 ，+， 一 华北电力大学工程硕士学位论文 运行方式( 一) ：是在标准2 2 0 k v 母线运行方式下，将达古i 回线空出即断开 2 5 5 开关作为消谐。确证母联2 1 2 开关合闸情况下，合上地区变i 回2 5 1 2 刀闸、达 包i 回2 5 3 2 刀闸、# 1 发变组2 0 1 2 刀闸，拉开地区变i 回2 5 1l 刀闸、达包i 回2 5 3 1 刀闸、# 1 发变组2 0 1 1 刀闸。检查所有运行于1 母的线路和机组已移出，在断开2 1 2 开关和2 1 3 开关前，在被试电压互感器二次侧每相投7 7 欧电阻，然后断开2 1 2 开 关和2 1 3 开关，激发起振，经1 s 后，不论是否起振都将达古i 回2 5 5 开关合上， 这种运行方式是在断开2 1 2 开关和2 1 3 开关前，在被试电压互感器二次侧投7 7 欧 电阻，然后断开2 1 2 开关和2 1 3 开关激发起振，再约0 8 s 投空载2 5 5 开关。 。运行方式( - - ) ：是在标准2 2 0 k v 母线运行方式下，将达包i i 回线空出( 即断开 2 5 4 开关) 作为消谐。确证母联2 1 2 开关在合闸情况下，合上地区变i i 回2 5 2 1 刀闸、 髯1 启各变2 0 0 甲l 刀闸、# 2 发变组2 0 2 1 刀闸。将所有运行于2 母的线路和机组移 出，最后断开母联2 1 2 开关和分段2 2 4 开关激发起振，约经0 5 s 在被试电压互感 器二次侧每相投7 7 欧电阻，经1 s 后，不论是否起振都将达包i i 回2 5 4 开关合上。 运行方式( 三) ：是在2 2 0 k v 标准方式下，将达东i i 回2 5 9 线空出( 即断开2 5 9 开关) 。作为消谐，确证母联2 3 4 开关合闸情况下，合上达士2 5 7 4 刀闸、# 3 发变组 2 0 3 4 刀闸。将所有运行于3 母的线路和机组移至4 母，最后断开分段2 1 3 开关和母 联2 3 4 开关，激发起振约经0 5 s 被试电压互感器二次侧每相投7 7 欧电阻，经1 s 后，不论是否起振都将达东i i 回2 5 9 开关合上。 运行方式( 四) ：是在标准2 2 0 k v 母线运行方式下，将达东i 回2 5 8 空出( 即断 开2 5 8 开关) 作为消谐，确证母联2 3 4 开关合闸情况下，合上达古i i 回2 5 6 3 刀闸、 旁路2 3 5 3 刀闸、5 - 2 联变2 5 0 3 刀闸、# 4 发变组2 0 4 3 刀闸、# 2 启备变2 0 0 3 刀闸， 将所有运行于4 母的线路和机组移至3 母，最后断开分断2 2 4 开关和母联2 3 4 开关， 激发起振，约经0 5 s 在被试电压互感器二次侧每相投7 7 欧电阻，经l s 后，不论 是否起振，都将达东i 回2 5 8 开关合上。 2 1 3 实测结果和分析 实测试验运行方式( 一) ：l 段空母第1 次试验，是起振前的0 5 s 对1 段上各 组电压互感器二次每相投电阻7 7 q ，从图2 3 示波图可见，c 相仍然有稳定的 1 3 次分频谐振，考虑到今后消谐办法用先投电阻不易做到，后面的试验都采用起振 后约0 5 s 每相投7 7q 电阻办法，结果表明，这种办法不能消除谐振。共进行1 0 次 试验，获得3 0 相次数据，其中产生稳定的1 3 次谐振9 相次，b 、c 相各占4 相次， 华北电力大学工程硕七学位论文 a 相仅1 次，分次谐振时母线对地电压低于额定相电压，电压互感器一次侧电流暂 态峰值最大为0 2 3 a ，是额定励磁电流的2 0 倍。产生稳定的不规则基波谐振1 相次， 谐振时母线电压稍高于额定相电压，电压互感器一次暂态电流最大峰值为额定电流 的7 6 倍。 表2 - 1 四种运行状态下进行的谐振试验主要数据 次u ai ai p a 运行暂志 稳态说明谐振前折算母线暂态峰值u m u h说明 方式 有效值电容量( m ) 最大u m 有效值j u 每 峰值( k v )( )( p f ) 数u 由_ ( k v ) ( - - 9l 1 6 7o 8 67 9 0 5 7 基波+ 1 3 次波形成 o 3 9 9 0 9 6 1 1 25 3 1 4i p 所列 稳定谐振分数分 子为 21 3 9o 7 l6 9o 5 形成稳定谐振 o 3 99 0 0 0 1 0 8 6 4 5 3 1 4 i p l 分 ( 基波+ 1 3 次) 母为 l p 2 臼l1 6 7o 8 68 9o 6 形成稳定谐振 0 2 45 5 3 92 3 z1 9 ( 基波+ 1 3 次) 口21 2 50 6 48 90 6 4形成稳定谐振o 2 45 5 3 95 64 7 ( 基波+ 1 3 次) 臼l 1 6 7 0 8 63 0o 6 4 未形成稳定谐 o 2 76 2 3 i1 6 82 3 振 22 1 81 1 20 2 l 间隙基波谐振 o 2 76 2 3 l4 5 67 6 3 1 9 5 1 o 3 9o 2 8未建立o 2 76 2 3 l2 0 03 3 g m 、肛 i v v v v | p s t r l 、r 八1 r 人1 v 、八卜 ，、，_ 、 一 ，、 l i 1 ，、叫y一，7 、一-_ c 小八八。1 、以1 r 人1 几小少旷“飞广、八r h 。卜几 i c 、厂八八八厂厂八厂 i c 。、。，7 iliiiiill1ilii-lii 图2 - 3 试验运行方式一， 华北电力大学工程硕士学位论文 图2 - 3 试验运行方式一，1 段空母，先投电阻一引振一投空线，第 1 次试验测量了流过开关断口电容的电流和互感器的电流，即图2 - 2 中 的1 1 和i l 。从示波图上发现：当谐振形成后，i l 的值增大几十倍，而 i l 的值不论是否谐振，总是激发后的值小于激发前的值，即开关2 3 4 跳 开前的值大于跳开后的值。开关2 3 4 跳开前，1 1 的值可以认为是被试母 线的电容电流值，所以从i1 的值推算出被试母线的电容量c 2 ( 每段母线 相对地电容量约3 7 5 p f ) ，开关2 3 4 跳开后，如果认为铁磁谐振只是互感 器的电感与开关断口间均压电容产生的，当互感器上的谐振电压达到额 定电压时，通过开关断口电容的电流i1 ，肯定要比未跳开前的值大。图 2 - 4 、图2 - 5 、图2 - 6 可看出，谐振后i a 、i b 、i c 都没有增大，而是变 小，且小很多，这说明铁磁谐振时母线电容起相当大的作用。因此，开 关断口电容虽参与谐振，但其值小，主要作用是向谐振回路提供能量， 提供的能量越多，谐振时的电流越大。两台开关电容耦合谐振时，流过 互感器的电流明显大于一台开关耦合时的谐振电流，但是并非c 1 越大 激发的起振概率越高，相反c 1 越大起振概率越低，方式( 三) c l = 2 5 0 0 p f ， 激发1 2 相次，起振1 相次，方式( 一) 和( - - ) c l = 1 2 5 0 p f ，激发1 8 相次， 起振9 相次。很明显c 1 小( 或者c 2 大) 起振的概率高，但是c 1 小起振 后的谐振电流不大，是互感器正常电流的数倍，谐振电压也低于额定相 电压。 图2 - 7 当c 1 大( 或者c 2 小) 时，虽然起振率低，但是起振后谐振电 流很大，是互感器正常电流数十倍，谐振电压也稍高于额定电压，谐振 频率很不规则，互感器中电流有一很高的尖峰电流。从运行方式( 三) 第 3 次产生不规则的基波谐振开始，投空载线路消谐振时，三相电压互感器一次侧电 流突然同方向迅速增加，幅值1 a ，见图2 - 5 、图2 - 6 。 9 华北电力大学工程硕士学位论文 b 、八卜 l i ，7 7 ，7 、，、 、卜，、一 _ _ 、 i v v v v 一 i 、，、，7 、，、 h ，、， ，、，7 、 i 、八、一 i b illli 图2 - 4 试验运行方式二，2 段空母，第二次 - 飞、八卜 l - i - t 0 1 厂、八1 一、o v 一 、，八 h l i - 1 、 叫， c 小八八，八、，、7一，7 ， i c 1 c 、一一；。 八 ，_ j ，一 li- 图2 - 5 试验运行方式三，3 段空母，第一次 、卜 八八八、p 、八八卜 ，”- ，。 弋厂厂， 一一飞八，厂厂 弋，、，7 ， 1 、八广 7 、 一 iii i 图2 - 6 试验运行方式三，3 段空母第二次，引振一投电阻一投空线 1 0 华北电力大学工程硕士学位论文 。、_ _ ，_ - 。，_ _ 。- - p 一 、，、- ， - ，- ，_ _ ，、- ，。、- ，- _ ， l ，- _ _ ，_ 。_ ，- 、- ，4 、_ 。_ _ ，- _ ， _ ，、_ ，、- ，_ 、 i ， 一- _ 一一一，_ _ h 。 f ，- - ，、- _ ，。， - ，v ，、_ - _ _ - _ ，_ 。- ，_ _ ，、_ 一 l 、- - ，。- 、l _ ，、- _ 一 、_ ，- ，、，、_ ，- - _ 、，一 t l ，_ ，“- _ _ 。_ - ，一、 厂l v八飞， “1 、厂l l - c - ，_ ，_ _ ，_ 。- ， 、入厂厂 ililiiiiiiii 图2 - 7 试验运行方式四，4 段空母，引振一投电阻一投空线，第2 次 通过试验证明达拉特发电厂2 2 0 k v 系统确实存在铁磁谐振现象，需要深入研究 才能解决。 2 2 中性点接地系统断口电容引起的谐振 现以带p t 的空母线与开关断口均压电容产生的铁磁谐振现象为例进行分析。图 2 - 8 所示的运行方式就有可能产生铁磁谐振( 图中：t 一电源变压器；b 一母线；p t 一电压互感器；d l 一开关：k 1 、k 2 一隔离开关；c 一开关断口均压电容；c o 一母线部 分对地杂散电容；l 一铁芯电感) 。 l ( a ) 运行结线图( b ) 等效电路图 图2 - 8 产生铁磁谐振的接线方式 造成断口电容与铁芯电感串联的运行方式有两种：( 1 ) 母线设备停电检修结束后 恢复备用时，合k 1 、k 2 刀闸。( 2 ) 由运行状态转备用时，断开d l 开关。这两种形 式只要满足p t 电感l 和母线电容c 。的并联伏安特性在电压达到某一定值后为感性， 华北电力大学工程硕士学位论文 且电源电压具有足够大的扰动就会产生铁磁谐振。苏联运行经验参考文献 4 3 表 明，这种谐振现象在1i o k v - - - 3 3 0 k v 变电站均有发生，如果c 。较小时，并联伏安特 性全为感性，其谐振机理一般情况一样，当c 。较大时的谐振情况，如图2 - 9 所示( 图 中曲线l 为p t 伏安特性；曲线2 为c 。伏安特性；曲线3 为并联合成伏安特性) 。 d u 【墨) i ) c 。；在p t 的饱和部分，( - ) l 1 c 。) ，电压是按断口均压电容与母线等值电容的分压来分布的。p t 饱 和以后，母线等值电抗变大，系统电压逐渐由母线承担，但总的电压仍呈容性。谐 振发生后，母线等值电抗呈感性( ( i ) l r l 时，谐振即可完全避 免。 在谐振电路图2 - i l ( b ) 中，c = 3 7 5 p f ，随等值电阻的不同，流过电压互感器的 电流i 、电压互感器端电压u 、起振电压e 的计算结果如表2 3 所示。 1 8 华北电力大学工程硕士学位论文 表2 3 等值电阻( r ) 对谐振过电压计算结果的影响 等值电阻变压器电流有效值 变压器端电压起振电源电压 r mq i m a 起振u k v 消振e k v 起振 有效值消振e k v 有效值 o4 3 48 62 3 5 11 6 6 0 1 0 7 7 1 04 2 38 72 3 4 01 6 7 01 0 7 9 2 o3 9 68 92 3 0 91 6 8 31 0 8 6 3 o3 5 39 22 2 6 01 7 0 o1 0 9 8 4 03 0 o9 82 1 9 11 7 2 41 1 1 6 5 02 4 1l o 82 0 9 71 7 6 71 1 4 1 6 o 不谐振 由表2 - 3 可知，当电容c 不变时，随着回路等值电阻r 的增加，谐振时电压互 感器上的起振电流、电压值逐渐下降，而谐振消除时电压互感器上的电流、电压值 以及起振电源电压值逐渐上升。当回路电阻超过某一临界值时谐振即可完全避免。 因此，操作母线电压互感器时，短时间投入并联在电压互感器一次侧中性点上的电 阻，可以起到消除谐振的作用，正常运行时退出该电阻。 计算与实测结果的对比 图2 - 1 2 中c = 3 7 5 p f ，录取u ( t ) 、i ( t ) 波形如图2 - 1 3 所示。计算程序图如图2 一1 4 所示。 0 门| 、 v一沙。 |i u f 1 。 la u 图2 一1 3 实测u ( t ) 、i ( t ) 波形 计算得j d c f - 2 2 0 的励磁特性为： i = 8 7 8 7 e - 3 入一3 9 4 6 e - 8 入3 + 2 3 8 4 e 一1 0 入5 计算与实测结果见表2 - 4 1 9 华北电力大学工程硕士学位论文 图2 1 4 铁磁谐振过电压计算程序框图 表2 - 4 计算与实测结果比较 等值电阻 起振蝴电压 起振电流 消振电源 i m a 有效值 r mq u k ve k v 有效值 实测 1 1 6 o5 0 o3 0 o o 81 0 7 84 2 73 2 o 计算 1 01 0 7 94 2 32 7 0 1 21 0 8 2 4 2 0 3 2 7 2 4 铁磁谐振过电压模拟试验的研究 l ( a ) 串联铁磁谐振电路( b ) 单相等效电路 图2 - 1 5 互感器的谐振接线及单相等效电路 铁磁谐振回路如图2 1 5 ( a ) 所示，其中c 2 为母线对地电容，e a 为a 相电源电势，k 1 2 0 k m a ) 图2 - 1 6 模拟电压互感器的伏安特性曲线 图2 1 6 为模拟电压互感器的伏安特性曲线，在8 5 v 时的感抗为2 1 k q 。已知 2 2 0 k v 互感电压的额定励磁电抗约为( 1 0 2 0 ) m q ，故阻抗模拟比m z 5 0 0 一1 0 0 0 。 对于c l = 1 2 5i lf 、c 2 = 0 3 7 5uf 和0 4 7 5uf 两种情况，图2 1 7 a 中画出了 不同电源电势e a 时的基频谐振概率曲线，可以看出，谐振分别在7 8 v 和9 4 v 时开 始产生( 称为起振电势) ，随着e a 的增大，概率p