電力系統鐵磁諧振過電壓實例分析

【摘要】本文結合運行工作中遇到的幾起鐵磁諧振過電壓實例造成的危害，簡單地說明了諧振產生的一些條件、現象及其破壞性，希望能給今后的工作作出一些借鑒，在生產中的各個階段和方面引起有關的重視和注意，以減少我們的損失。

【關鍵詞】鐵磁諧振；過電壓

【中圖分類號】TM40 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2012）09-0266-01

電力系統中包含有許多電感、電容元件，其中鐵芯電感元件如發電機、變壓器、電壓互感器、消弧線圈和并聯補償電抗器等多是非線性元件，電容元件如輸電線路的對地及相問電容及各種高壓設備的電容等，它們的組合可以構成一系列不同自振頻率的振蕩回路，如果滿足一定的條件，如開關操作或發生故障時，這些振蕩回路就有可能與外加電源產生諧振現象，導致在系統中的某些部分（或元件）上激發起嚴重的持續時間較長的諧振過電壓。通常情況下，這種諧振過電壓會對電力系統的設備絕緣或元器件本身造成嚴重的損害，因此，有必要對其加以研究并采取措施加以避免和消除，一般的方法是破壞諧振條件。

1.諧振的一般現象及其危害性

所謂諧振，是指振蕩系統中的一種周期性的或準周期性的運行狀態，其牲是某一個或幾個諧波幅值的急劇上升。復雜的電感，電容電路可以有系列的自振頻率，而電源中也往往含有一毓的諧波，因此只要某部分電路的自振頻率與電源的諧波頻率之一相等（或接近）時，這部分電路就會出現諧振現象。在通常情況下，串聯共振現象會在電網的某一部分造成過電壓，以危及電氣設備的絕緣，還可能產生過電流而燒毀設備，而且還能影響過電壓保護裝置的工作條件，如影響閥型避雷器的來弧條件等。

電力系統中的有功負荷是阻尼振蕩和諧振過電壓的有利因素，因此通常只是在空載或輕載下發生諧振，但是，對由于中性點出現位移電壓、同時零序回路參數配合不當而形成的諧振現象，系統的有功負荷將不起作用。

在電力系統中更常見到的是鐵磁諧振產生的過電壓（過電流），其對電力系統設備的損壞是不容忽視的，造成的后果可能非常嚴重。

2.幾例鐵磁諧振的實例及其分析

以下幾起實例均為在實際運行中見到的鐵磁諧振現象，因無有效的測量手段，無法進行定量的計算分析，只能根據現象進行一些定性的分析。

①開關斷口電容與母線電壓互感器之間的串聯諧振過電壓

當母線較短，且接有電磁式電壓互感器，母線在空載充電狀態下，當線路開關斷開，則線路上的電源電壓作用于開關的斷口并聯電容和電壓互感器上。此時可能會引起串聯諧振。本例接線圖如圖1：

諧振現象是：當接在母線上的兩臺線路開關同時處于熱備用狀態時，出現諧振，此時系統電壓出現異常，而且能聽到異常的“嗡嗡”聲。根據判斷，此時為開關斷口電容與母線電壓互感器之間產生諧振，也有可能是兩條線路與開關斷口電容產生線性串聯諧振。所幸的是發現較早，時間較短，及時地采取措施破壞了諧振條件，消除了諧振，除當時造成系統電壓的異常外，沒有造成設備損壞。避免這一現象的措施是：只需保證兩開關不同時在熱備用狀態即可，因此在正常運行中規定操作中不允許出現兩開關同時熱備的過程。

②各相不對稱斷開時的諧振現象

線路只斷開一相或兩相的情況叫作不對稱斷開。例如當線路的一根導線斷線（這種斷線有時還伴有斷開導線的一端接地）；由于短路和其他原因使一相或兩相的熔斷器熔斷；開關各相動作不同步等等。運行經驗表明，當線路末端接有中性點絕緣的空載或輕載變壓器時，不對稱斷開可能引起鐵磁諧振過電壓。若變壓器中性點直接接地，強制將中性點電位鉗制在零，則不會產生此種類型的過電壓。本例接線圖如圖2：

③在中性點不直接接地系統中，電磁式電壓互感器引起的鐵磁諧振過電壓

電壓互感器通常接地變電所或發電機的母線上，其一次側繞組接成星形，中性點直接接地，在正常運行條件下，三相對地負荷是平衡的，電網的中性點處在零電位，即不發生位移現象。但是當電網發生沖擊擾動時，如空母線帶PT充電，或線路中發生瞬間的弧光接地現象等，都可能使一相或兩相的對地電壓瞬間提高。此時造成互感器的一相或兩相的勵磁電流突然增大而發生和，以致于三相對地負荷不平衡了，中性點發生位移電壓，如果此時對地三相回路的自振頻率與電源的頻率接近，就產生嚴重的串聯諧振現象，中性點的位移電壓急劇上升，三相導線的對地電壓為各相電源電勢與位移電壓的向量和，向量疊加的結果可能使一相對地電壓長高，另外兩相降低，也可能使兩相對地電壓升高，另一相降低，一般后者常見，這就是基波諧振的表現形式。

為了進一步了解上述諧振過電壓的危害，以前有人進行了模擬實驗，得出如下結論：分次諧波諧振時，過電壓并不高，而電壓互感器的電流極大，可達30-50倍額定電流，所以常常使電壓互感器因過熱而爆炸，基波諧振時，過電流并不大，過電壓較高，高次諧波諧振時，一般電流并不大，過電壓很高，經常使絕緣設備損壞。

④中性點經消弧線圈接地系統中的鐵磁諧振過電壓

在我國，35KV及以下的電網系統中性點一般是不接地運行的，當線路長度較大，容性電流較大時，不利于開關開斷較大的容性電流，為了限制容性電流改善開關的工作條件，一般通過在中性點接消弧線圈補償感性電流來中和達到目的。在正常情況下，應采取過補償狀態運行，即發生單相接地故障時感性電流大于容性電流，不滿足條件時應采用欠補償，不允許采用全補償方式運行。全補償方式在正常運行時因為線路三相參數的不平衡會造成中性點位移電壓，而且這個過各是累積的，也就是逐步加大，最后造成中性點位移電壓過大，導致系統三相電壓出現異常。

在220KV及上電壓等級的高壓起高壓電網中，還存在一些其他的鐵磁諧振，其危害更為嚴重，但因我們工作的區域電網最高電壓等級較低，只能見到一些低電壓等級電網中的鐵磁諧振實例，所以不能較為全面地介紹敘述。

3.防止諧振的必要性及其措施

根據以上所說及一些資料表明，一旦電網中發生諧振現象，產生鐵磁諧振過電壓，就會對電網的正常運行或電網中的設備造成嚴重的危害，不利于我們的生產和發展，所以必須采取一定的措施來消除這種不利的影響，保證電網和設備的安全運行。

對于防止諧振的措施，主要是有針對性、有目的性地進行。如果是由不適當的操作引起的，則應該修訂操作規定或操作步驟，破壞諧振發生的條件，消除諧振。如果是非人為因素引起的，則應在設備上采取措施來消除。如防止斷線過電壓的措施有：（1）保證斷路器的三相同期動作，避免發生拒動，不采用熔斷器設備。（2）加強線路巡視和檢修，避免發生斷線。（3）如斷路器操作后發生異常現象，應即復原和進行檢查。（4）在中性點直接接地的電網中，操作時應將負載變壓器的中性點臨時接地，此時負載變壓器的合閘相的繞組電壓已被固定，未合閘相則通過三角形的低壓繞組感應出一個恒定電壓，諧振回路就要破壞。（5）必要時在變壓器的中性點裝設棒間隙。防止中性點不接地系統電壓互感器造成的諧振措施有：（1）選用勵磁特性較好的電壓互感器或改用電容式電壓互感器。（2）在電磁式電壓互感器的開口三角形繞組中加裝阻尼電阻（或裝設消諧器）。（3）在母線上加裝一定的對地電容，破壞諧振條件。（4）采取臨時的倒閘措施，如投入消弧線圈，將變壓器中性點臨時接地以及投入事先規定的某些線路或設備等。在有消弧線圈接地的系統中，主要是避免電網的一部分失去消弧線圈運行的可能性和消除消弧線圈運行在全補償方式下，特別是在運行方式發生改變時更要加強注意。

當發生諧振時，主要是要冷靜地分析，判斷可能產生諧振的條件，再采取相應的對策，即可消除諧振，保護電網和設備的正常運行。

4.總結

由于理論知識水平和實際工作條件和經驗所限，本文只是對運行實踐中出現的一些鐵磁諧振過電壓實例進行了一點簡單的現象介紹和概括的定性分析，并未能對諧振產生的機理等重要理論作出解釋和發展，但是因為在實際的生產實踐中，更重要的是對電網產生危害的事物進行重視和采取相應的對策消除這種危害，所以在此更多的是希望引起有關的重視和注意，在實際工作中遇到類似的問題時，能夠有效地、快速地將危害消滅，減少我們的損失。

參考文獻

[1]周澤存：《高電壓技術》

[2]黃英矩：《電力系統調度運行計算簡編》

[3]王世禎主編《電網調度運行技術》