高电压工程技术在系统谐振及防止方法方面的调研.docx

高电压工程技术在系统谐振及防止方法方面的调研电气1006班 邓艳梅 0121011350632摘要 重点阐述了电力系统中不接地系统谐振产生的原因及其危害，并由此提出防止谐振的措施和运行设备发生谐振后快速消除谐振的方法， 以防止谐振引起设备损坏。关键词 谐振 危害 原因分析 消除及防止谐振方法 电力系统是一个复杂的电力网络，存在着很多电感及电容元件，尤其在不接地系统中，常常出现铁磁谐振现象，给设备的安全运行带来隐患，本文先从简单的铁磁谐振电路中对铁磁谐振原因进行分析，并提出快速消除谐振的处理方法，保证电网的正常运行。1、电力系统铁磁谐振产生的原因在简单的R、C和铁心电感L电路中，如图l所示， 假设在正常运行条件下，其初始状态是感抗大于容抗， 即WL 1W C ， 此时不具备线性谐振条件， 电路保持稳定状态。但当电源电压升高时， 或电感线圈中出现涌流时，就有可能使铁心饱和，其感抗值减小，当WL= 1WC 时， 即满足了串联谐振条件，在电感和电容两端便形成过电压，电路电流的相位和幅值会突变，发生磁谐振现象，串联铁磁谐振电路特性曲线图如图2所示。图2中电压电流均指工频下的有效值。其中直线1是电容的伏安特Uc=I*1/WC，曲线2是电感非线性伏安特性 UL(I)，曲线3是电感和电容串联支路的伏安特性，其纵坐标U= UL一Uc ，d点是谐振点， 在该点WL=1 WC。I d的左侧WL 1W C ， 串联支路处于感性工作状态；I d的右侧WL1W C ，串联支路处于容性工作状态。当电源电压由零开始均匀升高， 电路的工作点沿曲线3的0一a段上升；但当电源电压超过Ia对应的ua之后， L作点显然不能是a- d段，因为ad段意味着要求电源电压下降，且该段上的点不满足稳定工作条件，不能成为实际的工作点，而是经过某一过度过程，从工作点a一跃而跳到工作点b，b点和a点 工作状态相比较，其励磁电源电压虽然一样，但电容上的电压U C却大了许多，电感上的电压U 增大了，即此时产生了过电压。产生过电压的原因在于电源电压已超过支路能工作在感性状态的极限值ua，因而只能工作到b-c段，即电感饱和以后的容性工作状态，才能达到新的稳定状态，这个过程为铁磁谐振状态，谐振一旦形成，谐振状态可能“自保持”，维持很长时间而不衰减，直到遇到新的干扰改变了其谐振条件谐振才可能消除.图1 串联铁磁谐振电路 图2 串联铁磁谐振电路特性曲线 电力系统中许多元件是属于电感性的或电容性的，如电力变压器、互感器、发电机、消弧线阁为电感元件，补偿用的并联或串联电容器组、高压设备的寄生电容为电容元件，而线路各导线对地和导线间既存在纵向电感又存在横向电容，这些元件组成复杂的LC振荡回路，在一定的能源作用下，特定参数配合的回路就会出现谐振现象。由于铁心电感的磁通和电流之间的非线性关系，电压升高导致铁心电感饱和，极容易使电压互感器发生铁磁谐振。在中性点不接地系统中，如果不考虑线路的有功损耗和相间电容，仅考虑电压互感器电感L与线路的对地电容C0，当Co大到一定值，且电压互感器不饱和时，感抗XL大于容抗XCO。而当电压互感器上电压上升到一定数值时，电压互感器的铁心饱和，感抗XL小于容抗X C O，这样就构成了谐振条件，下列几种激发条件可以造成铁磁谐振：(1)电压互感器的突然投人；(2)中性点不接地系统发生单相接地，单相断线或跳闸、三相负荷严重不对称等；(3)倒闸操作过程中运行方式切好构成谐振条件或投三相断路器不同期时，都会引起铁磁谐振；(4)系统负荷发生较大的波动；(5)电网频率的波动；(6)负荷的不平衡变化等。电压互感器的铁磁谐振必须由工频电源供给能量才能维持下去，如果抑制或消耗这部分能量，铁磁谐振就可以抑制或消除。我国的6kV及l0kV配电网内，发生互感器引起的谐振过电压情况甚为频繁，每到雷雨季节，熔断电压互感器保险的情况频繁发生。2、中性点不接地系统铁磁谐振产生的原因中性点不接地系统中，为了监视绝缘，发电厂、变电所的母线上通常接有YO接线的电磁式电压互感器，由于接有Y0接线的电压互感器，网络对地参数除了电力导线和设备的对地电容Co外，还有互感器的励磁电感L。当系统中性点不接地，YO接线的电磁式电压互感器的高压绕组，就成为系统三相对地的唯一金属通道，其谐振原理如图3所示。正常运行时，三相基本平衡，中性点的位移电压很小。但在某些切换操作，如断路器合闸或接地故障消失后，由于三相互感器在扰动后电感饱和程度不一样而形成对地电阻不平衡，它与线路对地电容形成谐振回路，可能激发起铁磁谐振过电压。电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振过电压是中性点不接地系统中最常见和造成事故最多的一种内部过电压。 在实际运行设备中，由于中性点不接地电网中设备绝缘低，以及绝缘子闪烙等单相接地故障相对频繁，一般说来，单相接地故障是铁磁谐振最常见的一种激发方式。图3 中性点不接地系统铁磁谐振原理示意图3、铁磁谐振对电力系统安全运行的影响通过以上分析，不难明白，当线路发生单相接地或断路器操作等干扰时，造成电压互感器电压升高，三相铁心受到不同的激励而呈现不同程度的饱和，电压互感器的各相感抗发生变化，各相电感值不相同，中性点位移产生零序电压。由于线路电流持续增大，导致电压互感器铁心逐渐磁饱和，当满足WL=lWC 时，即具备谐振条件，从而产生谐振过电压， 其造成的主要影响如下所列：(1)中性点不接地系统，其运行方式的主要特点是单相接地后，允许维持一定的时间，一般接地时间不超过2h。但随着中低压电网的扩大，出线网路数增多、线路增长，电缆线路的逐渐增多，中低压电网对地电容电流亦大幅度增多，单相接地时接地电弧不能自动熄灭必然产生电弧过电压，一般为35倍相电压甚至更高，致使电网中绝缘薄弱的地方放电击穿，并且在过电压的作用下极易造成第二点接地，甚至发展为相间短路造成设备损坏和停电事故，严重威胁电网安全运行。(2)在发生谐振时，电压互感器一次励磁电流急剧增大，使高压熔丝熔断。 如果电流尚未达到熔丝的熔断值，但超过了电压互感器额定电流，长时间处于过电流状况下运行，必然造成电压互感器烧损。(3)谐振发生后电路由原来的感性状态转变为容性状态，电流基波相位发生180反转，发生相位反倾现象，可导致逆序分量胜于正序分量，从而使小容最的异步电动机发生反转现象。(4)产生高零序电压分量， 出现虚幻接地和不正确的接地指示。4、运行设备出现谐振时的现象和防止的措施电压互感器铁磁谐振可能是基波(工频)的，也可能是分频的，甚至可能是高频的。经常发生的是基波和分频谐振。根据运行经验，当电源向只带电压互感器的空母 线突然合闸时易产生基波谐振；当发生单相接地时易产生分频谐振。电压互感器发生谐振时其线电压指示不变。电压互感器发生基波谐振的现象是：两相对地电压升高，一相降低；或是两相对地电压降低，一相升高。电压互感器发生分频谐振的现象是：三相电压同时或依次升高， 电压表指针在同范围内低频摆动。一般来讲，消谐应从两方面着手，即改变电感电容参数和消耗谐振能量。防止电压互感器产生铁磁谐振一股有以下几种方法：4.1 在电压互感器开口三角绕组两端连接一适当数值的阻尼电阻R，R约为几十欧。(R=0.45XL,XL为回路归算到电压互感器二次侧的工频几次感抗)。 4.2 使用电容式电压互感器，或在母线上接入一电容器感，使容抗XCO与感抗XL之比小于00 1，就可避免谐振。 4.3 中性点经消弧线圈接地。由于消弧线阁电感比电压互感器电感小几个数量级，相当于将电压互感器短路，系统中性点经消弧线圈接地或接人同类的消弧电抗，可以消除因电压互感器引起的铁磁谐振，还可以限制流过电压互感器的人电流，使电压互感器熔丝不被烧毁。但是，消弧线圈必须运行在过补偿状态下，否则会引起消弧线圈和系统对地电容串联谐振，危害系统安全运行。 5、系统出现谐振后处理方法中性点不接地(或不直接接地)系统中， 电压异常时。无人值守变电站由调度员根据调度主站遥测及遥信确认为线路接地故障后，由调度员进行选线，选出故障线路后尽快处理。若接地现象判明是系统谐振时，调度员应首先采用改变系统运行方式(如主变解列)或增减线路的方式进行消谐，如上述方法不能消除谐振，应采用寻找线路单相接地故障的方法进行选线，选出故障线路后立即将该线路停运。6、结论电力系统铁磁谐振一直影响着电气设备和电网的安全运行，特别是对中性点不直接接地系统，铁磁谐振所占的比例较大，因此对此类铁磁谐振问题研究得较多。本文针对电力系统谐振产生