消諧裝置在中波發射臺供配電系統中的應用

夏更生，李 巖，閆玉寬（河南省新聞出版廣電局一〇四臺，河南 鄭州 450000）

消諧裝置在中波發射臺供配電系統中的應用

夏更生，李 巖，閆玉寬
（河南省新聞出版廣電局一〇四臺，河南 鄭州 450000）

從諧振機理入手，重點分析鐵磁諧振的產生條件、鐵磁諧振過電壓的危害及消除措施；以WNXIII-10B型消諧裝置在某中波發射臺的應用情況為例，說明安裝消諧裝置可以有效抑制鐵磁諧振過電壓，保護高壓熔絲、電壓互感器等設備免遭損壞。

中波發射臺；供配電系統；鐵磁諧振；消諧裝置

0 概述

某中波發射臺采用雙路電源供電，電壓等級為10 kV，分別為“前廣線”和“蘆廣線”，其線路情況復雜，電纜與架空線路混接，單相接地故障時有發生。在10-35 kV中性點不接地系統中，發生單相接地故障時，有時會激發鐵磁諧振，因此裝設消諧裝置以抑制單相接地故障激發的鐵磁諧振，防止諧振過電壓對設備絕緣的破壞是十分必要的。

一般認為系統中的電阻元件和電容元件為線性參數，而電感元件則有3類不同的特性參數。在一定條件下，對應3種電感參數，可能產生線性諧振、參數諧振、鐵磁諧振3種不同性質的諧振現象。以下重點分析鐵磁諧振、鐵磁諧振過電壓及該發射臺采取的限制鐵磁諧振的方法。為直線；隨著電流的增加，鐵芯逐漸飽和，電感值下降，UL上升趨勢變緩，不再是直線。在電源電動勢E的作用下，曲線ΔU與電源電動勢E有a，b，c 3個交點，也就是電路可能的工作點。利用小擾動法分析可知，a點和c點為串聯鐵磁諧振回路的2個穩定工作點，而b點為非穩定工作點。其中，在非諧振工作狀態a點，UL大于UC，電路呈感性，電流較小；在諧振工作狀態c點，UL小于UC，電路呈容性，電流較大，會產生過電壓。

圖1 簡單的等值串聯諧振電路

1 鐵磁諧振的產生條件及特點

1.1 鐵磁諧振的產生條件

在交流電源作用下，鐵芯元件的電感值作周期性變化，這是產生鐵磁諧振的基本原因。以基頻串聯諧振電路為例，定性分析產生鐵磁諧振的基本條件。簡單的等值串聯諧振電路如圖1所示。

假設只考慮基波諧振，那么所有的電壓和電流均可用有效值來表示，圖2給出了電感及電容上電壓隨電流變化的曲線UC，UL。

由圖2可見，UC是一條直線。UL在起始階段

圖2 基波鐵磁諧振圖解法

對于串聯諧振回路，產生基波鐵磁諧振的條件是在鐵芯未飽和時，回路參數滿足條件：

對于一定的電感值L0，鐵磁諧振可以在很大的電容值范圍內發生。隨著線圈中電流的增加，電感值下降，ω0上升到接近或等于ω，滿足了串聯諧振的條件，回路由非諧振狀態轉化為諧振狀態。

1.2 鐵磁諧振的特點

（1） 相位反傾現象。鐵磁諧振回路中的參數（電源電動勢E、電容C）平滑變化時，回路工作狀態可能發生突變，諧振現象可能突變式地產生或消失，并且伴有相位反傾現象。例如：電源電動勢E逐漸上升時，回路狀態由感性突變為容性，諧振現象突變式地產生。

（2） 外激發現象。外激發是需要經過過渡過程產生的諧振現象，當E小于U0時，E逐漸上升，回路只能處在非諧振的工作點a。只有當回路經過強烈的“沖擊擾動”，回路才能處在諧振的工作點c。一旦“激發”起來，諧振狀態可以“自保持”，維持很長時間不會衰減。

（3） 自激發現象。當E大于U0時，電路只有一個穩定的工作點c，即使沒有外界的“沖擊擾動”，也總是工作在諧振狀態，這種現象稱為“自激”。

1.3 6-35 kV配電網鐵磁諧振過電壓分析

6-35 kV配電網中，由于變壓器、電壓互感器等帶鐵芯電感的磁路飽和作用，時常使回路的電感參數呈非線性，而激發起持續的較高幅值的諧振過電壓，即鐵磁諧振過電壓。在下列情況下，如電力線路1相或2相斷線，電源斷路器突然合閘于帶有變壓器或電壓互感器的空載或輕載母線上，當線路上發生或消除瞬間接地故障，電壓互感器高壓線圈發生接地故障或匝間短路等時，則可能產生鐵磁諧振過電壓，出現相對地電壓不穩定、接地指示誤動作、電壓互感器高壓保險絲熔斷等現象，嚴重時會導致電壓互感器燒毀，進而引發其他事故。諧振不僅會引起過電壓，同時還會引起過電流；且諧振過電壓的持續時間較長，甚至可以穩定存在，直到發生新的操作破壞諧振條件為止。

該發射臺10 kV系統有3臺變壓器和幾組電壓互感器。2條供電線路在進入發射臺前均有一段架空線路，在刮風、雨雪等惡劣天氣時，常發生斷線故障。當一路電源發生故障時，備自投裝置動作，由另一路電源供全臺負荷用電，這種電源斷路器突然合閘于帶有電壓互感器的母線上，則可能產生鐵磁諧振過電壓。該發射臺供電線路的特殊性導致發生鐵磁諧振過電壓的幾率升高。

2 WNXⅢ-10B型消諧裝置的應用

2.1 裝置簡介

WNXIII-10B型消諧裝置由單片機、交流采樣、鑒頻整形、觸發脈沖、晶閘管、低電壓閉鎖、指示燈群（依次指示高頻、基頻、1/2頻、1/3頻、接地、工作）、計數器、分頻器及穩壓電源等組成，其中單片機和晶閘管是本裝置的核心。單片機在少量硬件的支持下，實現對各種鐵磁諧振的檢測和晶閘管的控制；晶閘管受控于單片機，執行消諧任務。

2.2 裝置應用

該電臺在2段母線電壓互感器二次側開口三角繞組處各裝設1臺消諧裝置，型號為WNXIII-10B如圖3所示。該消諧裝置具有區分鐵磁諧振過電壓與各種非鐵磁諧振過電壓的能力。在正常運行及非鐵磁諧振過電壓情況下，并聯在開口三角形兩端的正反2只晶閘管截止，裝置呈高阻態。當判斷為鐵磁諧振過電壓時，單片機執行消諧程序，發出高脈沖群，使2只晶閘管交替過零觸發導通，向電網施加強有力的持續阻尼，迅速消除或限制鐵磁諧振過電壓。與此同時，相應的指示燈亮，指明諧振類別，計數器自動加1，輸出持續時間為1 min的報警信號。諧振消除后，單片機停止執行消諧程序，晶閘管自行截止，單片機重新開始循環檢測。若測得的頻率為基頻，但幅值較低，則接地信號接點閉合，輸出接地報警。

3 結束語

自2003年該發射臺新址工程建設開始，在設備的選用上多次與設計方協商、溝通，強調安全可靠供電對于廣電行業節目安全播出的重要性，因此，設計安裝了消諧裝置。經分析對比后，最終選用WNXIII-10B型消諧裝置來限制鐵磁諧振。2004年投運至今，裝于“前廣線”側的消諧裝置累計消除諧振733次；2013年改蘆醫廟供電后的“蘆廣線”側消諧裝置累計消除諧振149次。運行實踐表明，該發射臺在電壓互感器開口三角繞組端口接入消諧裝置，可以迅速消除諧振，或有效地限制鐵磁諧振引起的過電壓，保護電壓互感器免受損壞，在一定程度上提高了供電可靠性，保障了發射臺用電設備的安全運行。

3 郭景武，張榮新.消諧裝置在電力系統中的應用分析［J］.天津電力技術，2005，26（S1）：24-26.

1 劉新東.10-35 kV配電網鐵磁諧振過電壓的表現形式及消除措施［J］.電工技術，2000，11（6）：45-46.

2 代 姚.配電網鐵磁諧振及弧光接地過電壓特征識別與抑制方法［D］.重慶：重慶大學，2010.

2015-07-23；

2015-10-26。

夏更生（1963-），男，副高級工程師，主要從事動力設備的安全運行、設備管理以及人員培訓和班組建設等方面工作，email：422307228@qq.com。

李 巖（1982-），女，助理工程師，主要從事變電運行、維護技改等相關工作。

閆玉寬（1972-），男，大專，主要從事變電運行工作。