淺談熱電廠諧振過電壓及抑制措施

摘要：在電力系統中性點經消弧線圈接地系統中包含有很多電感元件和電容元件。在開關操作或發生故障時，這些電感和電容元件可能形成不同自振頻率的振蕩回路，在外加電源作用下產生諧振現象，引起諧振過電壓。諧振往往在電網某一局部造成過電壓，從而危及電氣設備的絕緣，甚至產生過電流而燒毀設備。本文針對熱電廠發生的故障進行了全面的分析論述，并提出解決問題的措施

關鍵詞：真空斷路器 消弧線圈 諧振過電壓 抑制措施

1 問題出現

2008年10月20日15時40分，運行人員啟動＃3爐磨煤機產生操作過電壓，造成已運行的＃3爐排粉電機線圈開路，＃4爐引風機電纜一相擊穿接地，引起運行中高壓電壓互感器燒毀及一次高壓熔絲燒斷。＃3爐、＃4爐、＃1機、＃3機相繼停止運行，終止對外供汽，反送電時間長達六小時之久，造成重大經濟損失。

2 事故分析

2.1 我廠磨煤機、排粉電機小車開關是真空斷路器。真空斷路器由于滅弧能力強、電氣壽命長、現場維護方便、技術含量高等優點，在電力系統35kV及以下電壓等級中被廣泛應用。但是，真空斷路器在開斷運行過程中出現過電壓問題時有發生，已成為不可忽視的重要環節。產生過電壓分析如下：

2.1.1 真空斷路器由于具有高速滅弧能力，在切斷電路時，往往在電流過零前被強行開斷，在斷弧瞬間儲藏在負載內的電感與電容之間的電磁能量轉換將在負載上產生過電壓，這比一般斷路器要突出，尤其在最先斷開相觸頭間，有可能因過電壓引起電弧重燃，而產生過電壓。

2.1.2 如果由于某種原因引起真空開關真空度降低，將嚴重影響真空斷路器開斷過電流的能力，以至承受不住恢復電壓發生電弧重燃，回路中出現高頻電流，高頻電流過零時，出現電弧熄滅、重燃循環過程。由于負載側存在L-C振蕩回路（電機線圈、電纜儲能元件），則產生很高過電壓。

2.2 消弧線圈運行方式存在問題

我廠共有兩組消弧線圈，＃1發電機中性點、＃2、3發電機中性點各接一組消弧線圈。出現上述事故前是＃1、＃3發電機，＃3、＃4爐在運行中，而＃1發電機中性點消弧線圈沒有投入運行，只有＃3發電機中性點投入運行。前述故障發生后，發生過電壓，＃3發電機循環泵運行中突然停運，備用循環泵聯動不成功，汽輪機真空急劇下降，＃3發電機被迫停機，也就是說電廠消弧線圈脫離系統，形成諧振，機、爐輔機相繼跳閘，全廠停運。

從上圖可見，流過接地點電流有感性與容性兩種電流。由于我廠消弧線圈是過補償運行，回路中電流是感性電流。倘若消弧線圈電流突然為零，回路電流由感性突然變成容性，產生相位反傾現象，使電感鐵芯極度磁飽和，感抗減少，出現感抗和容抗相等，甚至感抗小于容抗，形成相位反轉，引起鐵磁諧振。與此同時，回路中電流及電容、電感電壓都將大幅度提高，產生鐵磁諧振，系統中絕緣薄弱環節發生接地（引風機電纜擊穿），機爐相繼被迫停止運行。

2.3 在正常運行條件下，電感、電容串聯回路中串聯回路中一般感抗要大于容抗，由于系統中出現過電壓因素電磁式電壓互感器電感兩端電壓突然升高，使電感鐵芯飽和，感抗減少，出現感抗和容抗相等，甚至感抗小于容抗，形成相位反轉，引起鐵磁諧振，

3 消除過電壓措施

3.1 將所有真空斷路器（北京無線電元件六廠生產）Y5WZ 型氧化鋅避雷器改換為大連經濟技術開發區法伏安電器公司生產的HY2.5W1復合絕緣交流無間隙金屬氧化物電機型避雷器。該避雷器氧化鋅壓敏電阻片具有良好的非線性伏安特性。在系統電壓低于其壓敏電壓時，呈高阻狀態，只有以容性電流為主的很小的（μA級）電流通過；當電壓超過氧化鋅電阻片壓敏電壓時，會立即導通氧化鋅電阻片，使其呈低阻狀態，吸收過電壓產生的能量，限制過電壓的幅值，因其良好的非線性伏安特性，即使通過的電流達到5kA，其兩端的殘壓仍被限制在規定的范圍內。采用這種高性能的氧化鋅電阻片作為限壓釋能元件而制造的氧化鋅避雷器因而可有效保證系統和設備的絕緣安全。

3.2 實際測量真空斷路器負載感抗、容抗，加電抗器破壞其諧振點。

3.3 提高機爐安全運行系數，加強設備維護，避免設備老化，發生突發事件。

3.4 將兩組消弧線圈同時運行。無論發電機組運行方式如何變化，消弧線圈始終有一組投入，并視具體情況，始終保持過補償IC

3.5 在6KV母線電壓互感器的開口三角繞組中加阻尼電阻。見下圖

當系統出現擾動，電網中性點位移電壓較高時，就有相應電荷經互感器高壓繞組流入大地。這個電流使電壓互感器鐵芯飽和，呈現出非線性工作狀態，導致諧振發生。做上述措施后，二次開口三角電流受到限制，并使其迅速衰減，一次電流也受到迅速衰減，從而避免了互感器鐵芯飽和，防止諧振發生。當系統發生持續單相接地故障時，在開口三角繞組兩端將出現100V工頻零序電壓，由于非線性電阻作用，經過２-３秒阻值上升到100Ω，而線性電阻R功率為100W，這樣既保證了可靠消諧，又滿足了互感器容量的要求。

4 結論

采取上述措施以來，電廠沒有發生過過電壓現象，系統安全、穩定運行。可以說，這幾種措施是既經濟又實用，是老企業進行技術改造的首選，具有很高的實用價值，宜推廣使用。

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