基于城市配網10kV系統的鐵磁諧振思路研究

杜國森

摘 要：隨著城市的發展以及電力需求的增加，10kV配電網改造導致鐵磁諧振對于電網安全穩定運行影響越來越突出，本文將以不接地電網系統為例，在對于10kV城市配電網不接地系統中鐵磁諧振產生的原因分析基礎上，對其對于電網安全運行的影響以及鐵磁諧振消除措施進行總結論述，以保證電網的安全穩定運行，促進城市發展提升。

關鍵詞：城市配網；10kV；電網改造；電纜線路；鐵磁諧振；產生原因；消除；分析

中圖分類號：TM86 文獻標識碼：A

在城市建設發展中，10kV電網系統隨著城市建設速度的不斷加快以及用電量需求的不斷增加，逐漸不能夠滿足城市用電需求，對于電網的運行安全也有著極大的不利影響，為了滿足城市快速發展情況下的用電需求，保證電網系統的安全穩定運行，進行城市電網線路的升級改造已經成為當前城市電網建設與發展所面臨的重要問題。但是，另一方面，隨著城市電網改造力度的不斷加大，原有的10kV電網系統在經過大量的電纜線路改造升級與重新建設后，由于電纜線路數量的逐漸增多，導致電網系統中的對地電容以及電流量也出現大幅度的提升，造成電網線路中的鐵磁諧振現象發生，而電網線路中的鐵磁諧振容易造成過電壓，對于電網安全造成極大威脅，進而損壞電網設備，誘發電力事故，嚴重影響著電網線路的安全穩定運行。

一、城市配網10kV系統鐵磁諧振產生原因分析

1 城市配網不接地系統中鐵磁諧振現象分析

在城市配電網系統中，由于電力系統本身就是一個較為復雜的電力網絡系統，由許多的電感以及電容元件組成，尤其是在不接地的10kV城市配網系統中，常常容易因為電感以及電容元件運行電波的干擾，導致電網系統中出現鐵磁諧振現象，不僅影響著電網系統電力設備的安全與正常運行，而且對于整個電網系統的安全穩定運行都有著極大的不利作用和影響。通常情況下，在不接地10kV城市配網系統中，電網系統的諧振回路主要是由帶鐵芯的電感元件，像電壓互感器等，和電網系統中存在的電容元件，包括電纜線路以及電容補償器等，共同組成10kV不接地城市配網系統中的諧振回路，因此，在該電網系統工作運行過程中，由于受到鐵芯飽和作用的影響，使得帶有鐵芯的電感元件其電感參數呈現非線性變化，而這種具有非線性變化的電感元件回路在一定的諧振條件下，就會產生鐵磁諧振，從而對于電網系統的安全穩定運行造成不利影響。

2 城市配網不接地系統鐵磁諧振現象產生原因

在城市配電網系統中，對于中性點的不接地系統來講，通常情況下系統中變電站母線會連接有含有Yo接線的電磁式電壓互感器，因此在電力系統中，電網的對地參數除了包含有電力導線以及電力設備的對地電容外，還包含有電壓互感器的勵磁電感，因此，在電網系統發生單相接地的情況下，接地故障點在經過電網系統的電容電流，而未接地電網中的兩相相電壓電就會發生升高現象，成為線電壓，在經過電壓互感器的中性點接地時就會構成零序回路，同時，在這種情況下，會產生電網系統中性點部分的位移電壓，并成為振蕩電壓的等效電源，從而造成電網系統中零序回路中的電氣參數值都會隨之發生變化。值得注意的是，在上述的電網系統中，電壓互感器中的鐵芯電感參數的變化情況是根據鐵芯的飽和程度而發生變化的，因此，在電網系統工作運行中，一旦出現弧光接地現象，必然會導致系統出現暫態的涌流，而這一瞬間突變過程中，電網系統的電壓互感器高壓線圈的非接地兩相勵磁電流就會出現突然性的增大，達到飽和狀態，因此導致電感參數也會隨之發生相應的變化。

此外，在電網系統中的零序回路鐵芯電感等值感抗和電網系統中分布電容的容抗值相等或者是基本相近的情況下，電網系統工作運行中就會發生相應的串聯諧振現象。值得注意的是，由于電網系統工作運行中接地電弧進行熄滅的時間不同，并不是在每次在電網系統出現單相接地故障的情況時，系統的電壓互感器就會隨之產生較大的勵磁電流，因此，電網系統工作運行中，也并不是每次都會出現串聯諧振現象。而通常情況下，在電網系統發生非線性串聯諧振時，系統的過電壓幅值就會增高至相電壓的2倍到3倍，并且作用影響的時間比較長；同時，在電網系統出現基頻諧振的情況下，系統還有可能會發生高頻以及分頻諧振，如果兩者的作用進行相互疊加，對于電網系統工作運行的不利影響將會更大，也是電網系統中研究與關注的重點。

二、城市配網不接地系統鐵磁諧振的消除措施

1 城市配網不接地系統鐵磁諧振對電網影響分析

鐵磁諧振作為一種電力故障對于電網的安全穩定運行有著極大的不利作用和影響，突出表現為以下幾點。

首先，在電網工作運行中，如果發生單相接地故障，就會導致接地電弧不能夠自動的熄滅，從而必然會造成電網系統工作運行中產生電弧過電壓，通常情況下這種電弧過電壓表現為正常相電壓的3倍到5倍之間，甚至會超過這一電壓范圍，就會對于電網系統中絕緣性能相對比較薄弱的地方造成放電擊穿，而且電網系統在這種過電壓作用影響下，還會出現第二點接地，甚至演變成為相間短路故障等，對于電網設備造成損壞，導致電網停電事故發生，嚴重威脅電網的安全與穩定工作運行。

其次，在電網運行中，如果發生鐵磁諧振事故，還容易造成電壓互感器一次勵磁電流出現急速增加，從而導致電網線路中的高壓熔絲出現熔斷，影響電網的安全穩定運行。即使電網工作運行中，鐵磁諧振導致的電網電流并沒有達到高壓熔絲熔斷的能力范圍，但是諧振所產生的電流值也會超過電壓互感器的額定電流，使得電網在長時間的過電流運行狀態下，必然導致電網電壓互感器出現燒損，影響電網的安全穩定工作運行。

再次，在電力系統工作運行過程中，一旦發生鐵磁諧振故障，就會導致電力線路在運行中從原有的感性狀態轉變成為容性狀態，從而使電流基波相位發生發轉，出現相位反傾現象，造成電網電路中的逆序分量比正序分量高，造成小容量異步發電機出現反轉情況，影響電網的安全穩定工作運行。

2 城市配網不接地系統鐵磁諧振消除措施

進行城市配網中不接地系統鐵磁諧振現象的消除，通常情況下應注意從改變電感電容的參數進行諧振條件破壞，或者是通過過吸收以及消除諧振能量來控制諧振產生，甚至通過使諧振受到阻尼從而消失。

首先，通過改變電感電容的參數來破壞諧振產生的條件，以控制諧振發生，需要在電力系統中通過使用勵磁特性比較好的電壓互感器，以在電網工作運行中改變電感電容的數值變化，控制鐵磁諧振現象發生。通常情況下，在電網工作運行中電壓互感器的伏安特性相對較好，在一般的過電壓電流中國不會出現飽和情況，因此對于抑制鐵磁諧振發生具有良好作用和效果。其次，在電網工作運行中，通過在電網母線中安裝設置中性點接地的三相星形電容器組，以加強電網運行中的對地電容，來控制鐵磁諧振的發生也有較為突出的作用優勢。最后，還可以通過在電網的電壓互感器一次側中性點通過零序電壓互感器進行接地設置，來抑制鐵磁諧振的發生，通常情況下，這種方式連接實現的電壓互感器也被稱為是抗諧振電壓互感器。

結語

不接地系統城市配網運行中出現的鐵磁諧振對于電網的安全穩定工作運行有著極大的不利作用和影響，進行其產生原因與消除措施的分析論述，有利于保證電網安全穩定工作運行，具有積極作用和意義。

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