配電網(wǎng)鐵磁諧振消除措施的探討

1、    配電網(wǎng)鐵磁諧振消除措施的探討    孫園陳小平周明輝1、引言由于經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，全社會對電量的需求也迅速增加。10kv和35kv的系統(tǒng)數(shù)目也逐年攀升，由于普遍采用中性點不接地的運行方式，隨著電纜線路的逐漸增多，致使電網(wǎng)對地電容電流大幅度增加，鐵磁諧振現(xiàn)象時有發(fā)生，給電網(wǎng)安全帶來隱患。因此，對鐵磁諧振的各方面的深入研究是十分迫切的。2、常見消諧措施及分析依據(jù)諧振的誘發(fā)原因及產(chǎn)生條件，一般從以下幾個方面進行研究：改變電力系統(tǒng)電感、電容元件參數(shù)，使它們不具備諧振條件；快速消耗諧振能量，降低諧振過電壓、過電流的倍數(shù)。2.1主動消諧。配電網(wǎng)中有大量的電磁

2、式電壓互感器，當系統(tǒng)在某些因素的干擾下，質(zhì)量差的電壓互感器達到勵磁飽和狀態(tài)的初始值小容易飽和，最終可能導(dǎo)致諧振的發(fā)生，特別是中性點不接地系統(tǒng)中更容易產(chǎn)生鐵磁諧振現(xiàn)象。若能在設(shè)計上改變電力系統(tǒng)電感、電容元件參數(shù)，在參數(shù)上錯開引起使諧振的條件，會在一定程度上減少諧振的發(fā)生。為了說明這一原理，對某單相電壓互感器進行了勵磁特性的實驗測試，實驗接線圖如圖1所示，測得勵磁特性曲線如圖2所示。在勵磁特性曲線中的拐點是當施加的電流值增加50%，而激勵出電壓值增加不大于10%時則該點就是該勵磁特性曲線拐點。從圖2可判斷拐點的過程如下：當電流為0.14a時，電壓大約為149v，電流增大50%時電流為0.21a，此

3、時電壓的值大約為164v，比電流為0.14a時的電壓超過約10%。因此可以判定此電壓互感器的勵磁拐點在0.14a附近。電流小于0.14a時，電壓跟電流大體呈現(xiàn)線性關(guān)系，即電壓互感器的鐵芯未達到飽和狀態(tài)，感抗可以認為是一固定值；當電流超過0.14a時，電壓跟電流就不在呈現(xiàn)線性關(guān)系，隨著電流的增大，電壓值基本不變，也就是說感抗的值越來越小，電壓互感器的鐵芯飽和越來越嚴重，在感抗的逐漸減小過程中，當感抗和容抗相等時，系統(tǒng)就會發(fā)生鐵磁諧振現(xiàn)象。分析可知，電流在0.50.7a之間電壓互感器鐵芯的飽和程度已經(jīng)很嚴重了。因此，選取勵磁特性較好的互感器是從根本上預(yù)防諧振的一個好方法。勵磁特性取決于額定磁密，勵

4、磁特性越好互感器額定的磁密度就越少，勵磁特性越差互感器的額定的磁密度越大，但由于電壓互感器的額定磁密度受到成本、互感器的容量、準確級等的限制，使得額定的磁密度的不能無限制的減少，而且勵磁特性較好起始飽和電壓比較高能夠減小了諧振發(fā)生可能性但發(fā)生諧振時電壓高危害性更大。2.2被動消諧。2.2.1一次消諧。1、電壓互感器高壓側(cè)經(jīng)高電阻接地，在635kv的電網(wǎng)中一般選取2030k的電阻值。消諧的機理是限制零序電壓和電流，當零序電壓發(fā)生偏移，在電壓方面零序電壓將加在高電阻上，能夠有效地減小互感器的飽和程度，從而達到防止諧振的發(fā)生；在電流方面接有高電阻時，零序電流也會相應(yīng)的減小，防止互感器高壓繞組的電流過

5、大而燒毀。由上可見，電阻值的選擇相當關(guān)鍵，電阻值選擇的越大承受的電壓越高，互感器鐵芯就越不容易飽和，防止諧振發(fā)生的效果越好，但電阻的取值如果過大，一方面開口三角的輸出電壓會過低使得繼電保護裝置的拒動。另一方面電阻取值過大，則中性點的電位會很高，對中性點的絕緣水平要求較高。電阻也可以選擇非線性電阻，選擇非線性電阻克服了線性高電阻的缺陷，當系統(tǒng)工作在正常狀態(tài)或零序電壓偏移較小時，非線性電阻呈現(xiàn)為高組態(tài)，能夠起到強大的阻尼作用；當互感器的零序電壓過大時，非線性電阻的阻值迅速較小增大開口三角的輸出電壓，使得相應(yīng)的繼電保護動作，而且能夠減小n端的電壓使其不超過n端的絕緣水平。此方法能夠有效的抑制單相接地

6、故障消除時引起的涌流，涌流的電流比較大可達幾十倍甚至上百倍的額定勵磁電流，導(dǎo)致互感器的鐵芯嚴重飽和，最終導(dǎo)致諧振的發(fā)生。當涌流達到熔斷器的設(shè)定值時，熔絲熔斷保護了互感器；當涌流未達到熔絲的設(shè)定值時，過電流在繞組的持續(xù)發(fā)熱會引起互感器的燒毀。2、“4pt”消諧。4pt是指在互感器的零序串接一個單相電壓互感器，在電壓互感器的中性點發(fā)生電位偏移時，單相互感器的電感遠小于三相電壓互感器的非線性電感，因此，大部分的零序電壓全都加在零序pt上，相當于改善了三相電壓互感器的勵磁特性，使得互感器鐵芯不易飽和，不至于引起諧振，而且采用零序串pt的方法能夠消除三次諧波對二次相電壓測量的不良影響。3、電源中性點經(jīng)消

7、弧線圈接地。這種情況下，消弧線圈的作用不在于補償電容電流，而是因消弧線圈感抗值遠小于pt的勵磁電感，回路的零序自振角頻率將決定于3倍消弧線圈的感抗值和c0，pt引起的共振現(xiàn)象成為不可能。2.2.2二次消諧。在開口三角繞組串接電阻或微機消諧器，兩者本質(zhì)上是一樣的，都是起到阻尼的作用。通常采用的微機型消諧器接線如圖3所示。當發(fā)生鐵磁諧振時，裝置起動消諧期間晶閘管全導(dǎo)通呈低阻態(tài)，電阻值很小，約為m級別，可迅速消耗能量，產(chǎn)生強大的阻尼作用，從而消除鐵磁諧振。當諧振排除后，晶閘管能夠自動的截止，需要時可以重復(fù)動作。2.2.3消諧措施的比較。（1）由于4pt接線零序電壓互感器采用的是普通的互感器，互感器的

8、感抗和直流電阻通常都是比較小的，因此對抑制低頻飽和電流的效果不是非常的理想。4pt由于開口三角的回路是短接的，在電力系統(tǒng)的容量比較大，當系統(tǒng)中出現(xiàn)單相弧光接地、單相斷線等故障的情況下，所產(chǎn)生的零序電壓的值較大，使得開口三角感應(yīng)的電壓也較大回路形成的環(huán)流值也就較大，如果環(huán)流的值達到一定的程度可能會使得電壓互感器的熱容量不夠而被燒壞。（2）高壓側(cè)經(jīng)高電阻接地消諧存在如下問題：一方面，電阻的熱容量受到限制而去不容易燒制，零序的電壓值都加在電阻上，此時如果電阻的熱容量不夠時，發(fā)熱量過大會使電阻損壞而起不到阻尼的作用最終失去消諧的效果，電阻值取的越大消諧效果越好但電阻如果過大，電阻的熱容量是一個問題，還

9、有就是中性點的對地的絕緣水平可能不夠。此外，該消諧措施的另一缺點是造成三相電壓的不平衡。（3）微機消諧的缺點是采用電子器件，當電子器件失效時造成互感器損壞是很嚴重的。諧振發(fā)生時，由于使用的是電力電子器件，對數(shù)據(jù)的采集也是需要一定的時間的，因此，消除諧振是一個過程。采集數(shù)據(jù)造成的延時有可能錯過阻尼的最佳時間，而達不到消諧的效果。綜上所述，二次消諧器是通過消耗能量產(chǎn)生強大的阻尼效果，能夠較少諧振對互感器所造成的損壞，而不能消除高壓側(cè)熔斷器頻繁發(fā)生熔斷。主要原因是由于二次消諧對于高壓側(cè)因故障產(chǎn)生的涌流無效。一次消諧器的應(yīng)用，能夠起到有效的消諧以及也對低頻放電電流的良好的抑制作用，但因其正常運行情況的

10、時候，三相電壓不平衡和過高的零序電壓，以及中性點對地的電壓可能超過電壓互感器的絕緣水平，甚至因為消諧器的熱容量不夠而導(dǎo)致消諧器裝置被燒壞，而失去消諧作用。因此，必須采取一些補救措施才能得以安全運行。開口角短接的4pt接線對消諧和抑制超低頻振蕩電流效果都是不錯的，但是對零序電壓的測量不準確，同時開口角內(nèi)的環(huán)流可能會燒毀電壓互感器。3、消諧建議雖然電力系統(tǒng)諧振難以避免，但在日常維護中，運行人員可采取下述措施在最大程度上避免或減少諧振的發(fā)生。（1）定期或不定期巡查線路負荷，禁止或減少諧波含量過高的負載投運。（2）定期或不定期巡查架空線路，修剪和清理靠近線路的樹枝，以避免刮風(fēng)下雨時樹枝碰到架空線路而引起對地短路。（3）若有城建施工，需盡早提醒施工人員該地段有電力電纜，避免施工挖破電纜引起短路故障。（4）提高員工對鐵磁諧振的認識，加強員工的意識，規(guī)范操作，在諧振發(fā)生時，能夠迅速做出判斷，及時的排除故障，從而保障電力系統(tǒng)的安全運行。4、結(jié)語本文對引起諧振主要因素的電壓互感器做了實驗分