一次二次相結合消諧裝置的設計

許林沖 許萬祥

【關鍵詞】一次二次相結合 諧振再檢測 消諧

我國的電力系統大多采用中性點非有效的接地方式，該接地方式具有較高的供電可靠性，但是非線性諧振比較常見。而且非線性諧振具有幅值高、能量大的特點，并且能夠很快遍及整個電網，破壞性很大，一旦發生，往往造成電氣設備的損壞和大面積的停電事故。

目前消除諧振最常用的方法主要有兩種：

（1）二次消諧，即短時間短接電壓互感器二次開口繞組，通過消耗諧振能量，使諧振強度逐漸衰減從而實現消諧，該方法簡單，但很多時候難以徹底消除諧振，尤其是面對低頻諧振，消諧效果很難保證。

（2）一次消諧即在電壓互感器的一次中性點對地之間串聯一電阻（線性或非線性電阻），目的是增加零序回來的電抗，對零序電流進行阻尼，該方法雖然能夠保護電壓互感器，但對電壓互感器的測量精度有影響，另外在系統發生單相接地故障時，消諧器由于自身容量有限，常常會發生自身燒毀故障，特別是當系統產生的諧振電流較大時，消諧器上會產生很高的電壓，對電壓互感器中性點的絕緣形成威脅。為解決二次消諧不徹底，一次消諧容易影響電壓互感器的精度以及自身容量限制的問題，特進行了本設計。

1 系統硬件實現

本文針對上述已有技術中存在的不足之處，將一次消諧與二次消諧相結合，通過將消諧過程分為兩步完成，來實現徹底的消除諧振。其硬件實現方案如圖1。

圖1中A、B、C為三相母線，1為核心控制單元，2為信號采集單元，3為一次消諧單元，4為二次消諧單元，5為真空接觸器，6為限壓器。

信號采集單元主要由板級電壓互感器和放大電路組成，它并聯在電壓互感器二次側開口三角處，采集此處電壓，并將其送入核心控制單元。核心控制單元為整個裝置的核心，主要由微控制器和外圍電路組成，它的作用在于分析系統當前狀態，是否有諧振發生。當發生諧振時，由核心控制單元控制其進行消諧動作。

一次消諧單元由真空開關和限壓器串聯組成，限壓器并非長期接入系統，而是通過真空開關接入中性點與地之間。只有在二次消諧單元無法徹底消除諧振的情況下，才啟動真空開關投入限壓器。這樣就避免了由于在電壓互感器一次側中性點裝阻尼器件，而引起的發生諧振時，零序電壓U0的測量值偏小而致使二次消諧裝置無法偵測諧振。

二次消諧單元由正反并聯在開口三角兩端的2只晶閘管組成。當系統發生諧振時，核心控制單元首先控制二次消諧單元動作，在完成消諧動作后，再次掃描信號采集單元，觀察諧振是否完全消除。如果在一定時間內無法完全消除諧振則啟動一次消諧單元，即投入限壓器以消除剩余的諧振能量。

2 諧振檢測

諧振檢測主要通過對零序電壓U0進行FFT分解，將U0分解為基波分量三次諧波分量以及1/2次諧波分量和1/3次諧波分量。并通過這些分量的振幅來實現諧波的檢測。

1/2次諧波、1/3次諧波以及三次諧波引起的諧振檢測起來相對比較容易。一般來說1/2次諧波引起的分頻諧振的頻率范圍在23Hz～27Hz之間，振幅一般高于25V，而1/3次諧波引起的分頻諧振與1/2次分頻諧振類似，它的頻率范圍在15Hz～18Hz之間，振幅同樣高于25V。而三次諧波引起的高頻諧振其頻率主要在150Hz附近，振幅高于100V。而基波分量引起的諧振由于是工頻諧振，使得其與單相接地之間很難區分。目前，對基波諧振和單相接地故障的主要區別在于零序電壓U0的高低。通常，將當U0≥150V時定為基頻諧振；當30V≤U0<150V時定為單相接地故障。本文在檢測零序電壓U0的同時，A、B、C三相電壓作為輔助判據，有效提高了基波諧振的識別度。

3 消諧策略

由于采用的是一次二次相結合的消諧方式，消諧的策略就顯得尤為重要。考慮到當在中性點與地之間接入限壓器在發生諧振的時候容易影響PT的測量精度從而導致再次檢測諧振時無法實現正確的檢測，故將消諧分為一下三步進行：

（1）當檢測到系統發生諧振時，啟動二次消諧讓正反并聯在開口三角兩端的2只晶閘管連續交替過零觸發導通以限制和阻尼鐵磁諧振；

（2）將兩只晶閘管全部截止，再次對零序電壓U0進行檢測，判斷諧振是否完全消除，如果諧振消除，則消諧結束。如果諧振沒有完全消除，則轉入第三部進行一次消諧；

（3）若二次消諧無法完全消除諧振，則驅動真空開關閉合，將限壓器投入，將中性點通過限壓器接地，通過其對諧振電流的阻尼作用，消耗諧振能量，從而最終達到完全消除諧振的作用。

當諧振能量較小時，通過第一步二次消諧即可完全消除諧振；當諧振能量較大或諧振頻率較低時，這時二次消諧有可能無法完全將諧振消除，通過第二步的諧振再檢測，來判斷第一步的消諧情況，由于此時一次消諧的主要部件限壓器并沒有投入，即電壓互感器一次中性點并沒有通過限壓器接地，此時的諧振檢測是合理可靠的，如果檢測出諧振未被完全消除，則啟動一次消諧，來進一步的將諧振消除。

4 結束語

由于將消諧分為兩次進行，將消諧過程分成了三個步驟，充分結合了一次消諧與二次消諧的優點，克服了兩種消諧方式的不足，既有效徹底的消除了諧振，又保證了電壓互感器的測量精度，并避免了消諧器由于自身容量有限而發生的自身燒毀事故。

參考文獻

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