防止中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振的措施

1、防止中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振的措施摘要：在分析中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振的機理和特點的基礎上，對常用的消諧措施進行了討論，指出其局限性、適用范圍及使用中應注意的問題。    關鍵詞：中性點不接地系統(tǒng)；電壓互感器；鐵磁諧振 變電站中性點不接地系統(tǒng)中，電壓互感器常因鐵磁諧振而燒毀或熔斷熔絲。人們對此做了大量的分析研究，采取了不少措施防止諧振發(fā)生，然而由于系統(tǒng)結構的復雜性和運行方式的靈活，造成運行參數(shù)具有隨機性。同時也因現(xiàn)存的各種消諧措施的局限性，使得只能在某些情況下消除諧振。電壓互感器（TV）飽和引起的鐵磁諧振仍然是威脅電力系統(tǒng)安全運行的重要原因。因此，有必要在分析中性

2、點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振機理的基礎上探討消諧措施，以便在實際工作中有針對性地預防、消除中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振。1中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振的機理及特點11鐵磁諧振的產(chǎn)生中性點不接地系統(tǒng)中TV接入系統(tǒng)的接線圖如圖1所示。 當出現(xiàn)激發(fā)條件時，TV中暫態(tài)勵磁電流急劇所不同，網(wǎng)絡中性點出現(xiàn)零序電壓，三相TV中產(chǎn)生零序電流，經(jīng)電源形成回路，簡化等值電路如圖2所示。當Ln與3 C0在某頻率下參數(shù)值匹配時，得以流通，從而在3 C0上建立與各相電源電壓疊加，產(chǎn)生過電壓，維持TV飽和，從而形成持續(xù)一段時間的鐵磁諧振。12鐵磁諧振的特點根據(jù)Peterson的研究1，當TV飽和時，勵磁電抗Xm與系統(tǒng)正序容抗無關，只和系

3、統(tǒng)對地的零序容抗X0有關，且當X0Xm001時，不發(fā)生諧振；隨著（X0Xm）的增大，依次發(fā)生12分頻、基頻、三倍頻諧振，相應地，發(fā)生諧振所需的外加電壓也逐漸增大。由于運行中的一般都是額定相電壓（058 Ur，Ur為額定線電壓），因此12分頻時較多發(fā)生基波諧振，高次諧波的諧振較少。分頻諧振的頻率并非嚴格等于12次，分頻諧振時，鐵心高度飽和，勵磁電流劇增數(shù)十甚至一百倍，導致TV燒毀或保護用熔斷器熔斷。2消除鐵磁諧振的措施消諧應從兩方面著手，即改變電感電容參數(shù)和消耗諧振能量。人們據(jù)此制訂了多種消諧措施。21TV開口三角兩端接電阻器RR相當于接到電源變壓器的中性點上，故其電阻R越小，越能抑制諧振的發(fā)生

4、。若R0，即將開口三角兩端短接，相當于電網(wǎng)中性點直接接地，諧振就不會發(fā)生。消除分頻諧振時R要最小。使用該措施時應注意：a）系統(tǒng)中每臺TV開口三角均接電阻器時措施方有效。    b）經(jīng)驗表明，對于610 k V電網(wǎng)，當TV飽和特性較好時此措施比較有效。c）經(jīng)驗表明，裝設于互感器開口三角繞組的阻尼電阻一般對35 kV和66 k V系統(tǒng)效果較好，可固定投入，也可用零序電壓繼電器將電阻器短時投入，1 min后自動切除2。d）R采用白熾燈泡時，由于諧振經(jīng)常在單相接地消失后產(chǎn)生，白熾燈泡因發(fā)熱而使其電阻顯著增大，所以此時不起消諧作用。e）當電壓等級越高或TV飽和特性越差時，要

5、求的R越小。因而發(fā)生持續(xù)穩(wěn)定的單相接地故障時，R的額定功率不易滿足要求。f）當系統(tǒng)電容三相不對稱（如斷線），或TV一次非全相熔斷器燒斷時，在對稱狀態(tài)下可以抑制的諧振，在不對稱時仍有可能諧振，此時需減小R才能抑制諧振。這是因為：電容不對稱時，除了網(wǎng)絡會有較大的不對稱電壓外，由于電容的減小導致容抗增大而易進入諧振區(qū)；TV一次非全相熔斷器燒斷時，它的并聯(lián)電感有所減少，但由于二次側(cè)電壓降低，R反應到一次側(cè)的電阻增大得較快，從而降低了電阻器的阻尼效果。g）由于R是接在開口三角兩端，因此這一負載必定同時加在三角繞組和一次繞組上，這就要求TV要有足夠的容量，尤其是在間歇性弧光接地時，由于R的接入，將使流過一

6、次繞組的電流顯著增大，增加了TV燒損的可能性。h）為了使TV不因電壓升高而進入飽和狀態(tài)，應根據(jù)TV的容量選擇電阻的額定功率。i）現(xiàn)在許多二次側(cè)消諧裝置實質(zhì)是對在開口三角兩端接入電阻器的改進，其原理多是首先鑒別高頻、基頻、分頻諧振，然后用電子電路實現(xiàn)不同的消諧措施以達到消諧目的。然而，在實際應用中，由于原理及裝置的可靠性欠佳，這些裝置的運行情況并不理想。二次側(cè)電子消諧裝置仍有待從理論、制造上加以完善。22TV一次側(cè)中性點經(jīng)電阻器R0接地該措施除了能限制TV中的電流，特別是限制斷續(xù)弧光接地時流過TV的高幅值電流外，亦能減少每相TV上的電壓（相當于改善TV的伏安特性）。使用該方法時應注意：a）電阻器

7、R0的電阻R0不能太小，也不能太大，否則單相接地時，開口三角電壓太低，影響接地指示靈敏度及保護裝置的正確動作。根據(jù)文獻2推薦，R0006 Xm。b）若網(wǎng)絡中必須有多臺高壓側(cè)中性點接地的TV同時運行，則必須每臺TV均在中性點安裝消諧電阻器方有效。c）電阻器的額定功率須較大，一般采用額定功率相當大的非線性電阻器與線性電阻器串聯(lián)。非線性電阻器在低電壓下電阻較大，還能阻止諧振發(fā)展。d）該措施與TV開口三角繞組并接R并非完全等價，對于系統(tǒng)三相電容嚴重不對稱或TV一次非全相熔斷器燒斷等異常情況均可有效消諧。e）當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，R0上將有超過幾千伏的高壓，此時不能使用中性點絕緣較低的TV。若35

8、kV系統(tǒng)使用的TV中性點絕緣水平為低壓級（500 V），則TV絕緣有可能承受不了過電壓。23TV一次側(cè)中性點經(jīng)零序TV接地這種措施在部分地區(qū)有成功經(jīng)驗，其原理是提高TV的零序勵磁特性，從而提高TV的抗燒毀能力，已有廠家按此原理制造抗諧振TV。但是應注意到，TV中性點仍承受較高電壓，且TV在諧振時雖可能不損壞，但諧振依然存在。24母線上裝設中性點接地的三相星形電容器組這種方法是根據(jù)Peterson對諧振區(qū)域的研究提出的，當增大各相對地電容C0，使X0Xm001時，可防止諧振，文獻2亦列有此項措施。但是，增大對地電容后，單相接地電流增加，有可能引起弧光接地過電壓且電容C0折算至TV開口三角形兩端的

9、電容很大，容抗很小，當發(fā)生單相接地時，將引起過流而燒壞TV。25降低電壓互感器運行電壓將3臺Ur10 kV的單相TV星形連接，中性點接地，二次側(cè)接成開口三角形，TV運行電壓從10 kV降至58 kV。該措施可消除二次諧波的影響，但TV沒有連接電壓表的出線，一般不宜采用。26減少同一網(wǎng)絡中并聯(lián)TV臺數(shù)該措施的目的是防止TV并聯(lián)后，總體等效伏安特性曲線較平，TV容易飽和而產(chǎn)生諧振。因此，除電源側(cè)作為絕緣監(jiān)視而必須將TV高壓側(cè)中性點TV接地外，其它TV（尤其是用戶TV）應盡可能不接地。27改善TV伏安特性顯然，若TV伏安特性非常好（如每臺TV起始飽和電壓為15 Ur），則TV有可能在一般的過電壓下還

10、不會進入較深的飽和區(qū)，從而不易構成參數(shù)匹配而出現(xiàn)諧振。從某種意義上來說，這是治本的措施。28系統(tǒng)中性點經(jīng)消弧線圈接地或接入同類的消弧電抗該措施的零序等值電路如圖3所示。由于LK比LTV小幾個數(shù)量級，相當于將LTV短路，所以不再會發(fā)生參數(shù)匹配諧振。該方法雖然投資大，但可消除一切鐵磁諧振，有明顯優(yōu)點。3結論綜上所述，消除中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振措施各有其優(yōu)點和局限性，在實際應用中必須注意：a）應首先從運行方式、設備選用和操作上防止諧振發(fā)生，如可盡量減少并聯(lián)TV的數(shù)量，選用勵磁特性好的TV，操作時防止出現(xiàn)激發(fā)條件等，這些都是簡單而實用的措施，而不可盲目倚賴其它消諧措施。b）TV開口三角形并接消諧裝置

11、與TV中性點串接電阻器混用時，在10 k V系統(tǒng)單相接地時不能消諧，因此，不應將這兩種方法混用。c）理論研究表明，TV開口三角并接電阻器的缺點不少，一般情況下，應盡量少用，但在變電站投運等運行情況變化較少的情況下，該方法仍可作為610 k V側(cè)有效消諧措施。d）TV中性點串接電阻器的適用范圍較廣，在二次電子消諧裝置未能很好地防止諧振的情況下，不失為一簡單有效的方法，但使用時應注意其亦有一定的局限性。e）用并聯(lián)電容器組方法消諧危害較大，一般不宜采用。f）二次電子消諧裝置雖然有成功運行經(jīng)驗，因其理論及制造仍存在問題，實際中的總體運行情況并不好，不宜盲目推廣使用。  g）35 kV系統(tǒng)采取消諧措施時應注意，在未經(jīng)過充分的理論分析與運行考驗前，慎用TV中性點串接電阻器或二次側(cè)裝電子消諧裝置的方法，宜按文獻2的推薦，采用二次側(cè)并接電阻器的措施來消諧，但必須選擇好電阻器的額定功率和標稱阻值。h）消弧電抗的消