淺析潘家口電廠鐵磁諧振的產生與處理方法

張立春

（國網新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北唐山064309）

淺析潘家口電廠鐵磁諧振的產生與處理方法

張立春

（國網新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北唐山064309）

針對潘家口電廠開口三角的PT產生鐵磁諧振原因、特點及處理方法等進行分析介紹，對采用一次消諧器和二次消諧器來消除諧振的功能進行了介紹，對于其他電廠產生鐵磁諧振的處理方法提出解決建議。

鐵磁諧振；消諧裝置；處理措施

0 引言

在中性點不接地系統中，經常由于電磁式電壓互感器的非線性勵磁特性和系統對地電容形成匹配，在一定條件下產生鐵磁諧振過電壓。造成PT保險熔斷、燒損，避雷器爆炸，嚴重地影響了系統安全運行的鐵磁共振現象。由于對地電容和互感器的參數不同，可能產生3種頻率的共振：基波共振、高次諧波共振和分頻諧波共振。各種共振的表現形式不同，如基波共振現象為系統二相對地電壓升高，一相對地電壓降低；中性點對地電壓(可由互感器輔助繞組測得電壓)略高于相電壓，類似單相接地，或者是二相對地電壓降低，一相對地電壓升高，中性點有電壓，以前者為常見。分頻諧波共振現象為三相電壓同時升高，中性點有電壓，這時電壓互感器一次電流可達正常額定電流的30～50倍甚至更高；中性點電壓頻率大多數低于1/2工頻。高次諧波共振現象為三相電壓同時升高，中性點有較高電壓，頻率主要是三次諧波。2009年9月潘家口2號主變低壓母線側，在做機組同期電壓核相試驗時發生鐵磁諧振，將主變低壓側7YH電壓互感器A相燒毀。在2009年11月1日3號主變低壓母線側，在做機組同期電壓核相試驗時發生鐵磁諧振。根據后期波形觀察分析得出，2號機組發生的是倍頻共振，3號機組發生的是基波共振，現結合現場情況，對產生的原因及處理方法進行簡要分析。

1 產生鐵磁諧振的原因分析

我廠2、3、4號變壓器低壓側所裝7YH電壓互感器正常運行時三相飽和程度基本平衡，且等效電感遠大于線路對地電容，故不會形成諧振回路，中性點的位移電壓很小，但在某些切換操作或接地故障消失后，三相飽和程度差別很大，它與線路對地電容形成特殊的單相或三相諧振回路，引起中性點出現較大的位移電壓，在系統中激發起持續的較高幅值的過電壓，即鐵磁諧振過電壓。運行經驗表明，電壓互感器鐵心飽和引起的鐵磁諧振過電壓是中性點不接地系統中最常見和造成事故最多的一種內部過電壓。兩次運行操作過程中產生的鐵磁諧振工作通過分析認為，當通過主變向機組充電時，操作步驟為主變低壓側03-9和03-2，03-9甲、03-9乙、03-9丙合閘態，03-3、03-4、03-5等刀閘分閘態，通過03DL向母線出口充電，核對7YH和4YH的同期電壓，測量出口開關兩端的電壓值、同期角度等。其操作過程中的等值電路如圖1所示，正好構成了鐵磁諧振產生的電路圖。通過機變組保護和故障錄波器圖形可以看出，發生諧振時機端電壓明顯提高，尤其以A相最高達到了額定電壓的1.28倍，頻率不規則，是典型的鐵磁諧振現象。如圖2、圖3所示。產生鐵磁諧振的現象是三相電壓不平衡，一或兩相電壓升高超過線電壓。一般出現諧振現象的消除方法有：

（1）斷開充電斷路器，改變運行方式。

（2）投入母線上的線路，改變運行方式。

（3）投入母線，改變接線方式。

（4）投入母線上的備用變壓器或所用變壓器。

（5）將PT開口三角側短接。

（6）投、切電容器或電抗器。

圖1 等值電路圖

圖2 2號機組諧振時機變組保護錄波圖

圖3 2號機組諧振時故障錄波器圖

2 消除鐵磁諧振的方法比較

為抑制這種電磁式電壓互感器飽和引起的零序性質的諧振過電壓，一般采取下列幾種措施將取得較好效果。

（1）在剩余電壓繞組開口三角端子上并接一個電阻R或加裝專用消諧器。

（2）將互感器高壓側中性點經高阻抗（零序互感器或可變電阻）接地。

（3）在母線上加裝對地電容，使之超過臨界值，使回路超過諧振區域。

（4）選用勵磁特性較好的（如適當降低鐵心磁密）電磁式電壓互感器或改用CVT。

（5）將電源變壓器中性點經過消弧線圈接地。

以上解決措施3～5對于我廠來說可操作性很差。以下重點分析第1、2類解決措施。但是，任何措施都有其局限性，不是絕對可靠的；采用時還應根據實際條件加以選擇。

2.1 措施1-PT二次側開口三角端子上加裝專用消諧器

對于措施1，該方案較為常用，其原理是通過消耗諧振能量來抑制諧振，經驗表明，如參數選擇適當，在多數情況下能有效抑制諧振。微機消諧裝置是放在PT的二次側(所以也叫二次消諧)消除鐵磁諧振的儀器。它與一次消諧器的區別在于微機消諧是一個消諧儀器，具有分析、記錄、打印、上傳等優勢，但也有只能用于室內、消諧范圍窄等缺點。電力微機消諧裝置是新型智能化電力諧振消除裝置，使用簡單方便，無需維護，能迅速地消除各種頻率的鐵磁諧振,準確率高。同時可根據用戶需要將相關信息打印或通過通信接口傳給上級監控系統，適用于無人值守變電站。

2.2 措施2-PT高壓側中性點經高阻抗（零序互感器或可變電阻）接地

根據以往研究，在電壓互感器高壓側中性點接入不同阻值的電阻R0后，可以引起諧振區域的變化，當R0增大時，諧振范圍縮小，超過一定值后，將不產生諧振。經理論計算，在運行電壓下，若R0≥6%為電壓互感器在額定線電壓作用下單相繞組的工頻勵磁電抗），可消除由于電壓互感器飽和引起的各種鐵磁諧振。

在電壓互感器高壓側中性點接入電阻R0，與開口三角端子上并接電阻R一樣，能起到消耗諧振能量、阻尼和抑制諧振的作用；此外，還能限制互感器中的電流、減小互感器電壓，相當于改善其伏安特性。R0不能太小，否則作用有限；R0也不能太大，否則當發生單相接地故障時，開口三角電壓測量準確度降低，影響接地保護正確動作，而此時電壓互感器中性點升高，可能危及互感器中性點絕緣（原設計絕緣工頻耐壓水平5 kV）。

采用非線性電阻消諧器也可以很好地解決上述問題。正常運行時，中性點電壓很低，消諧器呈高阻狀態，互感器中性點接近不接地狀態，且消諧器自身具有隔離直流分量的作用，電壓互感器不易飽和，極大地減小諧振發展的概率；當發生單相接地故障時，在中性點位移電壓作用下，消諧器進入非線性段呈低阻狀態，對互感器測量準確度影響小。

綜上所述，結合我廠的實際情況，使用兩種處理方式綜合應用，即在PT高壓側中性點經非線性電阻消諧器接地，可根據PT的工頻勵磁電抗、中性點的絕緣水平等參數選擇合適的消諧器。同時又在PT二次側開口三角處加裝二次消諧裝置，來實現諧振能量的消除。

圖4 微機消諧裝置的接線圖

3 消諧器的選用

二次微機消諧器的選用：

選用微機消諧裝置，裝置實時監測PT開口三角電壓，計算出零序電壓4種頻率（3分頻17 Hz、2分頻25 Hz、工頻50 Hz、3倍頻150 Hz）的電壓分量，若有故障發生則判斷故障類型、保存故障信息及發出報警信號。若為接地故障，則記錄接地故障發生和消除時刻的信息，接地繼電器發出報警信號，面板上的接地指示燈點亮；若為諧振，則裝置對過電壓進行消除動作，同時，裝置記錄消諧次數，存儲相應的事件記錄；若連續消諧3次后，諧振仍然存在，本裝置判斷為PT永久性故障，不再對該路PT進行消諧，永久性故障消失后，恢復消諧功能。

一次消諧器的選用：

我廠采用非線性消諧器。其在應用時工作點直流殘壓為1 450 V。當R0為30 kΩ時，影響PT開口三角電壓降低將小于1%，不影響接地故障指示。PT中性點電壓約為2 000 V，不會危及PT中性點絕緣。正常運行時，中性點電壓很低，消諧器呈高阻狀態，互感器中性點接近不接地狀態，且消諧器自身具有隔離直流分量的作用，電壓互感器不易飽和，極大地減小諧振發展的概率；當發生單相接地故障時，在中性點位移電壓作用下，消諧器進入非線性段呈低阻狀態，對互感器測量準確度影響小。

經試驗驗證，該消諧器允許在系統單相接地工況下持續工作2 h以上。同時，對PT本身而言，即不增加一次線圈也不增加二次開口三角負載。沒有發熱問題，也沒有因發熱帶來的接線截面改造的顧慮。

充電過程中產生鐵磁諧振，是導致我廠電壓互感器燒損，危及安全供電的原因之一，在不改變PT形式的情況下，通過加裝一次消諧器和二次消諧器，能夠有效的避免產生電壓震蕩現象。能夠有效的吸收與消耗諧振能量以抑制諧振的產生，可有效地消除鐵磁諧振，杜絕鐵磁諧振給一次設備帶來的不安全影響，保證電站的可靠經濟運行。迄今為止未再發生一起因鐵磁諧振造成的事故，保證了電站的安全可靠運行。

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TM864

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1672-5387（2017）12-0027-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.12.011

2017-11-01

張立春（1976-），男，高級工程師，從事水電站運維管理工作。