电力系统电压谐振处理措施分析

电力系统电压谐振处理措施分析

靳海军傅欣王立张伟唐领英

(国网阳泉供电公司山西045000)

摘要：在电力系统中引起电网过电压的原因很多，其中谐振过电压出现相对频繁，其危害性较大。过电压发生，往往会造成电气设备的损坏、烧毁，甚至发生停电事故。由于谐振过电压作用时间较长，而且不能用避雷器限制，因此在选择保护措施方面有较大的困难。为避免这一现象的发生，确保供电的安全、可靠，本文结合实际提出相应的解决对策。

关键词：电压谐振、措施、处理分析

引言：

电力系统中过电压现象较为普遍。引起电网过电压的原因主要有谐振过电压、操作过电压、雷电过电压以及系统运行方式突变，负荷剧烈波动引起系统过电压等。其中，谐振过电压出现频繁，其危害很大。过电压一旦发生，往往造成系统电气设备的损坏和大面积停电事故发生。据多年来电力生产运行的记载和事故分析表明，中低压电网中过电压事故大多数是由于谐振现象引起的。日常工作中发现，在雷电、刮风、阴雨等特殊天气时，变电站35kV及以下系统发生间歇性接地的频率较高，当接地使得系统参数满足谐振条件时便会发生谐振，同时产生谐振过电压。谐振会给电力系统造成破坏性的后果：谐振使电网中的元件产生大量附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率，影响各种电气设备的正常工作;导致继电保护和自动装置误动作，并会使电气测量仪表计量不准确;会对邻近的通信系统产生干扰，产生噪声，降低通信质量，甚至使通信系统无法正常工作。

1铁磁谐振对电力系统安全运行的影响

当线路发生单相接地或断路器操作等干扰时，造成电压互感器电压升高，三相铁芯受到不同的激励而呈现不同程度的饱和，电压互感器的各相感抗发生变化，各相电感值不相同，中性点位移产生零序电压。由于线路电流持续增大，导致电压互感器铁芯逐渐磁饱和，当满足ωL=1/ωC时，即具备谐振条件，从而产生谐振过电压，其造成的主要影响如下：

1.1中性点不接地系统中，其运行方式的主要特点是单相接地后，允许维持一定的时间，一般为2h不致于引起用户断电。但随着中低压电网的扩大，出线回路数增多、线路增长，电缆线路的逐渐增多，中低压电网对地电容电流亦大幅度增加，单相接地时接地电弧不能自动熄灭必然产生电弧过电压，一般为3—5倍相电压甚至更高，致使电网中绝缘薄弱的地方放电击穿，并且在过电压的作用下极易造成第二点接地发展为相间短路造成设备损坏和停电事故，严重威胁电网安全运行。

1.2在发生谐振时，电压互感器一次励磁电流急剧增大，使高压熔丝熔断。如果电流尚未达到熔丝的熔断值，但超过了电压互感器额定电流，长时间处于过电流状况下运行，必然造成电压互感器烧损。

1.3谐振发生后电路由原来的感性状态转变为容性状态，电流基波相位发生180°反转，发生相位反倾现象，可导致逆序分量胜于正序分量，从而使小容量的异步电动机发生反转现象。

1.4产生高零序电压分量，出现虚幻接地和不正确的接地指示。

2谐振过电压解决方法

电压互感器（简称PT）在正常工作时，铁芯磁通密度不高，不饱和;但如果在电压过零时突然合闸、分闸或单相接地消失，这时铁芯磁通就会达到稳态时的数倍，处于饱和状态，这时，某一相或两相的激磁电流大幅度增加，当感抗与容抗参数匹配恰当(满足谐振条件)时，即会发生铁磁谐振。发生谐振时，会在电感和电容两端产生2～3.5倍额定电压的过电压和几十倍额定电流的过电流，通过PT的电流远大于激磁电流，严重时会烧坏PT及其它设备。

2.1防止谐振过电压的一般措施

①提高断路器动作的同期性。由于许多谐振过电压是在非全相运行条件下引起的，因此提高断路器动作的同期性，防止非全相运行，可以有效防止谐振过电压的发生。

②在并联高压电抗器中性点加装小电抗。用这个措施可以阻断非全相运行时工频电压传递及串联谐振。

③破坏发电机产生自励磁的条件，防止参数谐振过电压。

2.2防止谐振过电压的具体措施

①35kV系统中性点经消弧线圈(加装消谐电阻)接地，并在过补偿方式下运行，它的电压作用在零序回路中。

②尽量减少6--35kV系统并联运行的PT台数。

a.凡是6--35kV母线分段的变电所，若母线经常不分段运行，应将一组PT退出作为备用;

b.电力客户的6--10kVPT一次侧中性点一律为不接地运行。

③更换伏安特性不良的6--35kVPT。

④6--35kV一次侧中性点串联阻尼电阻或二次侧开口三角形绕组并联阻尼电阻或消振器。

⑤6--10kV母线装设一组Y形接线中性点接地的电容器组。

⑥在10kVPT高压侧中性点串联单相PT。在实际工作中谐振的发生往往伴随着接地故障，很多时候甚至就是由接地引起的，消除谐振常常采取的有效方法是改变系统运行方式以改变系统参数，破坏谐振条件。

改变系统运行方式经常通过以下途径实现：

a.投退电容器;

b.增投线路;

c.若变电站有一台以上数目的主变，可视具体运行情况将原本并列(分列)运行的变压器分列(并列);

d.母线并解列。

若上述方法不能消振，应采用寻找线路单相接地故障的方法进行选线，选出故障线路后，立即将其切除。选线原则参照系统单相接地故障处理方法。此方法是最有效最能解决问题的，但往往不一定能准确及时判断出接地线路，以致延误消振时间，所以，工作中为及时消除谐振一般先考虑选择上述四种途径。运行中出现谐振过电压时，变电所值班人员应准确记录当时发生的现象和母线电压的变化，但不得用刀闸拉开PT，可先根据情况采取消振措施，事后汇报调度。

2.3从具体倒闸操作检修等方面考虑消除铁磁谐振的方法

①给母线充电前先切除PT，充电后再投入PT，停母线时先切除PT再拉开开关。

②操作中注意监视母线电压，如电压过高则立即改变方式，合上或拉开引起谐振的开关、断路器或电压互感器。

③减少同一系统中的电压互感器的投运台数。在系统中由于保护和计量的需要有多台电压互感器同时投运，这样PT投运台数越多，总体伏安特性也就越差，PT的总体电抗也就越小，对于以上问题应该加强运行管理，能用一台PT可以替代二台的，就不要用两台PT同时运行，在10kV、35kV系统中，有些PT中性点不需要接地运行的，就应尽可能不接地运行。

④有条件的配电所，可在10kV母线每相加入对地电容，或选用可靠的电缆来代替一段出线架空线，也是解决谐振既简单又行之有效的方法。

⑤加强运行管理，提高检修质量。在运行过程中，应尽量在操作中减少过电压发生的可能。例如：对于空载线路应退出重合闸，以防止线路重合而引起的过电压，并提高检修质量，消除隐患，注重断路器三相分合闸同期性的检验，以防止断路器的不同期合闸引起的过电压，而激发谐振的可能性。

⑥维护好系统其它用电负荷，避免发生对地闪络或接地等事故引起的谐振过电压。

3结论

谐振过电压频率多、范围广、影响大，内外因共同作用所致，外因是外部故障或进行设备操作，内因是PT铁芯饱和及参数不匹配，故深入分析原因，提出防振消振措施很必要。电网系统在利用先进技术、选取优良设备、加强运维管理后，消除谐振过电压，使电力系统更安全稳定运行。

参考文献:

［1］要焕年，曹梅月.电力系统谐振接地[M].中国电力出版社，2009-05-01.

［2］于永源，杨倚雯：电力系统分析，长沙电力学院，2007

作者简介：靳海军、（1969--）男，高级工程师，高级教师、国网阳泉供电公司从事电气试验管理工作。

傅欣、（1978--）男，工程师，国网阳泉供电公司从事生产技术管理工作。