諧振的危害及防控措施

肖進

摘 要:針對包頭供電局達茂、石拐變曾經發生諧振過電壓導致35kV電壓互感器燒損故障，進行深入地研究探索：電力系統鐵磁諧振一直影響著電氣設備和電網的安全運行，特別是對中性點不直接接地系統，鐵磁諧振所占的比例較大，因此對此類鐵磁諧振問題研究得較多，并通過不斷地實踐，采取多種防范措施和方法控制消除諧振過電壓，有效提高系統安全穩定運行能力。

關鍵詞:電力系統諧振的危害防范措施

引言

電力系統中過電壓現象較為普遍。引起電網過電壓的原因很多。主要有諧振過電壓、操作過電壓、雷電過電壓以及系統運行方式突變，負荷劇烈波動引起系統過電壓等。其中，諧振過電壓出現頻繁，其危害很大。過電壓一旦發生，往往造成系統電氣設備的損壞和大面積停電事故發生。據多年來電力生產運行的記載和事故分析表明，中低壓電網中過電壓事故大多數是由于諧振現象引起的。日常工作中發現，在刮風、陰雨等特殊天氣時，變電站35kV及以下系統發生間歇性接地的頻率較高，當接地使得系統參數滿足諧振條件時便會發生諧振，同時產生諧振過電壓。諧振會給電力系統造成破壞性的后果：諧振使電網中的元件產生大量附加的諧波損耗，降低發電、輸電及用電設備的效率，影響各種電氣設備的正常工作；導致繼電保護和自動裝置誤動作，并會使電氣測量儀表計量不準確；會對鄰近的通信系統產生干擾，產生噪聲，降低通信質量，甚至使通信系統無法正常工作。

1.諧振及鐵磁諧振

諧振是一種穩態現象，因此，電力系統中的諧振過電壓不僅會在操作或事故時的過渡過程中產生，而且還可能在過渡過程結束后較長時間內穩定存在，直到發生新的操作諧振條件受到破壞為止。所以諧振過電壓的持續時間要比操作過電壓長得多，這種過電壓一旦發生，往往會造成嚴重后果。運行經驗表明，諧振過電壓可在各種電壓等級的網絡中產生，尤其在35kV及以下的電網中，由諧振造成的事故較多，已成為系統內普遍關注的問題。因此，必須在設計時事先進行必要的計算和安排，或者采取一定附加措施（如裝設阻尼電阻等），避免形成不利的諧振回路，在日常工作中合理操作防止諧振的產生，降低諧振過電壓幅值和及時消除諧振。在6~35kV系統操作或故障情況下，系統振蕩回路中往往由于變壓器、電壓互感器、消弧線圈等鐵芯電感的磁路飽和作用而激發起持續性的較高幅值的鐵磁諧振過電壓。鐵磁諧振可以是基波諧振、高次諧波諧振、分次諧波諧振，其共同特征是系統電壓升高，引起絕緣閃絡或避雷器爆炸；或產生高值零序電壓分量，出現虛幻接地現象和不正確的接地指示；或者在PT中出現過電流，引起熔斷器熔斷或互感器燒壞；母線PT的開口三角繞組出現較高電壓，使母線絕緣監視信號動作。各次諧波諧振不同特點主要在于：

①分次諧波諧振三相電壓依次輪流升高，超過線電壓，一般不超過2倍相電壓，三相電壓表指針在相同范圍出現低頻擺動。

②基波諧振時，兩相電壓升高，超過線電壓，但一般不超過3倍相電壓，一相電壓降低但不等于零。

③高次諧波諧振時，三相電壓同時升高或其中一相明顯升高，超過線電壓，但不超過3~3.5倍相電壓。

2.常見諧振事故及防范措施

我國35kV及以下配電網，仍大部分采用中性點不接地方式運行,一部分采用老式的消弧（消諧）線圈接地。從電網的運行實踐證明，中性點不接地系統中由于電壓互感器鐵心飽和引起的鐵磁諧振過電壓比較多，PT在正常工作時，鐵芯磁通密度不高，不飽和；但如果在電壓過零時突然合閘、分閘或單相接地消失，這時鐵芯磁通就會達到穩態時的數倍，處于飽和狀態，這時，某一相或兩相的激磁電流大幅度增加，當感抗與容抗參數匹配恰當（滿足諧振條件）時，即會發生諧振，即鐵磁諧振。發生諧振時，會在電感和電容兩端產生2～3.5倍額定電壓的過電壓和幾十倍額定電流的過電流，通過PT的電流遠大于激磁電流，嚴重時會燒壞PT及其它設備。

包頭供電局達茂、石拐變就曾發生過諧振過電壓導致35kV電壓互感器燒損故障，故障發生之后，通過對35kV電磁式電壓互感器的開口三角中間加裝阻尼電阻或加裝消諧器，對消除諧振起了較大作用，大大降低了諧振發生的頻率，通過不斷地研究探索和實踐，得出如下防振和消振的對策與措施。

2.1防止諧振過電壓的一般措施

①選用勵磁特性較好的電壓互感器或改用電容式電壓互感器

②6~35kV一次側中性點串聯阻尼電阻或二次側開口三角形繞組并聯阻尼電阻或消振器。

③提高斷路器動作的同期性。由于許多諧振過電壓是在非全相運行條件下引起的，因此提高斷路器動作的同期性，防止非全相運行，可以有效防止諧振過電壓的發生。

④在并聯高壓電抗器中性點加裝小電抗。用這個措施可以阻斷非全相運行時工頻電壓傳遞及串聯諧振。

⑤破壞發電機產生自勵磁的條件，防止參數諧振過電壓。

2.2防止諧振過電壓的具體措施

①35kV系統中性點經消弧線圈（加裝消諧電阻）接地，并在過補償方式下運行，它的電壓作用在零序回路中。

②盡量減少6~35kV系統并聯運行的PT臺數。

a.凡是6~35kV母線分段的變電所，若母線經常不分段運行，應將一組PT退出作為備用；

b.電力客戶的6~10kVPT一次側中性點一律為不接地運行

③更換伏安特性不良的6~35kVPT。

④6~35kV一次側中性點串聯阻尼電阻或二次側開口三角形繞組并聯阻尼電阻或消諧器：在電磁式電壓互感器的開口三角中間加裝阻尼電阻，R＜0.4Xt（Xt為互感器在額定線電壓作用下換算在低壓側的單相繞組勵磁感抗）

⑤6~10kV母線裝設一組Y形接線中性點接地的電容器組。

⑥在10kVPT高壓側中性點串聯單相PT。在實際工作中諧振的發生往往伴隨著接地故障，很多時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運行方式以改變系統參數，破壞諧振條件。改變系統運行方式經常通過以下途徑實現：

a.投退電容器。

b.增投線路。

c.若變電站有一臺以上數目的主變，可視具體運行情況將原本并列（分列）運行的變壓器分列（并列）。

d.母線并解列。

若上述方法不能消振，應采用尋找線路單相接地故障的方法進行選線，選出故障線路后，立即將其切除。選線原則參照系統單相接地故障處理方法。此方法是最有效最能解決問題的，但往往不一定能準確及時判斷出接地線路，以致延誤消振時間，所以，工作中為及時消除諧振一般先考慮選擇上述四種途徑。

3.總結

在電力生產和電力運行的中低壓電網中，故障的形式和操作方式是多種多樣的，諧振性質也各不相同。因此，應該了解各種不同類型諧振的性質與特點，掌握其振蕩的性質和特點，制訂防振和消振的對策與措施。為了盡可能地防止諧振過電壓的發生，在設計和操作電網設備時，應進行必要的估算和安排，以避免形成嚴重的串聯諧振回路；并結合實際工作經驗采取多種防范措施和方法控制諧振過電壓，以便具體工作中借鑒和運用，有效提高電力系統的安全穩定運行能力。