防止中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振的措施

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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(chǔ)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(yīng)注意的問題。

關(guān)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(jié)構(gòu)的復(fù)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，有必要在分析中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振機理的基礎(chǔ)上探討消諧措施，以便在實際工作中有針對性地預(yù)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 1．1　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(dāng)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(luò)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(dāng)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。 1．2　鐵磁諧振的特點 　　根據(jù)Peterson的研究［1］，當(dāng)TV飽和時，勵磁電抗Xm與系統(tǒng)正序容抗無關(guān)，只和系統(tǒng)對地的零序容抗X0有關(guān)，且當(dāng)X0／Xm＜0．01時，不發(fā)生諧振；隨著（X0／Xm）的增大，依次發(fā)生1／2分頻、基頻、三倍頻諧振，相應(yīng)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（0．58 Ur，Ur為額定線電壓），因此1／2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(yán)格等于1／2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(dǎo)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(yīng)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。 2．1　TV開口三角兩端接電阻器R△ 　　R△相當(dāng)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。若R△＝0，即將開口三角兩端短接，相當(dāng)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(yīng)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6～10 k V電網(wǎng)，當(dāng)TV飽 和特性較好時此措施比較有效。 　　c）經(jīng)驗表明，裝設(shè)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(dāng)電壓等級越高或TV飽和特性越差時，要求的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(dāng)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(luò)會有較大的不對稱電壓外，由于電容的減小導(dǎo)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(yīng)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(fù)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(yīng)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(dá)到消諧目的。然而，在實際應(yīng)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。 2．2　TV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(dāng)于改善TV的伏安特性）。使用該方法時應(yīng)注意： 　　a）電阻器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(xiàn)［2］推薦，R0＞0．06 Xm。 　　b）若網(wǎng)絡(luò)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(dāng)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(yán)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(dāng)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 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。 2．3　TV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(yīng)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。 2．4　母線上裝設(shè)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(dāng)增大各相對地電容C0，使X0／Xm＜0．01時，可防止諧振，文獻(xiàn)［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開口三角形兩端的電容很大，容抗很小，當(dāng)發(fā)生單相接地時，將引起過流而燒壞TV。 2．5　降低電壓互感器運行電壓 　　將3臺Ur＝10 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5．8 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。 2．6　減少同一網(wǎng)絡(luò)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(yīng)盡可能不接地。 2．7　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1．5 Ur），則TV有可能在一般的過 電壓下還不會進入較深的飽和區(qū)，從而不易構(gòu)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。 2．8　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(dāng)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(jié)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(yīng)用中必須注意： 　　a）應(yīng)首先從運行方式、設(shè)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(yīng)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(yīng)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6～10 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(yīng)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(yīng)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(xiàn)［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(biāo)稱阻值。 　　h）消弧電抗的消諧效果最好，若經(jīng)濟技術(shù)比較后可行的，可采用此法。 參考文獻(xiàn) ［1］PETERSON H A.Transients in power systems[M].[s.1.]，1951． ［2］DL／T620—1997，交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合及　　其條文說明［S］． ［3］劉繼．電氣裝置的過電壓保護［M］．北京：水利電力出版社，1986． ［4］黃偉群．35 kV抗諧振電壓互感器［J］．變壓器，1995（3）：10—11