消諧裝置在中波發(fā)射臺(tái)供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

夏更生，李 巖，閆玉寬（河南省新聞出版廣電局一〇四臺(tái)，河南 鄭州 450000）

消諧裝置在中波發(fā)射臺(tái)供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

夏更生，李 巖，閆玉寬
（河南省新聞出版廣電局一〇四臺(tái)，河南 鄭州 450000）

從諧振機(jī)理入手，重點(diǎn)分析鐵磁諧振的產(chǎn)生條件、鐵磁諧振過(guò)電壓的危害及消除措施；以WNXIII-10B型消諧裝置在某中波發(fā)射臺(tái)的應(yīng)用情況為例，說(shuō)明安裝消諧裝置可以有效抑制鐵磁諧振過(guò)電壓，保護(hù)高壓熔絲、電壓互感器等設(shè)備免遭損壞。

中波發(fā)射臺(tái)；供配電系統(tǒng)；鐵磁諧振；消諧裝置

0 概述

某中波發(fā)射臺(tái)采用雙路電源供電，電壓等級(jí)為10 kV，分別為“前廣線”和“蘆廣線”，其線路情況復(fù)雜，電纜與架空線路混接，單相接地故障時(shí)有發(fā)生。在10-35 kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時(shí)，有時(shí)會(huì)激發(fā)鐵磁諧振，因此裝設(shè)消諧裝置以抑制單相接地故障激發(fā)的鐵磁諧振，防止諧振過(guò)電壓對(duì)設(shè)備絕緣的破壞是十分必要的。

一般認(rèn)為系統(tǒng)中的電阻元件和電容元件為線性參數(shù)，而電感元件則有3類(lèi)不同的特性參數(shù)。在一定條件下，對(duì)應(yīng)3種電感參數(shù)，可能產(chǎn)生線性諧振、參數(shù)諧振、鐵磁諧振3種不同性質(zhì)的諧振現(xiàn)象。以下重點(diǎn)分析鐵磁諧振、鐵磁諧振過(guò)電壓及該發(fā)射臺(tái)采取的限制鐵磁諧振的方法。為直線；隨著電流的增加，鐵芯逐漸飽和，電感值下降，UL上升趨勢(shì)變緩，不再是直線。在電源電動(dòng)勢(shì)E的作用下，曲線ΔU與電源電動(dòng)勢(shì)E有a，b，c 3個(gè)交點(diǎn)，也就是電路可能的工作點(diǎn)。利用小擾動(dòng)法分析可知，a點(diǎn)和c點(diǎn)為串聯(lián)鐵磁諧振回路的2個(gè)穩(wěn)定工作點(diǎn)，而b點(diǎn)為非穩(wěn)定工作點(diǎn)。其中，在非諧振工作狀態(tài)a點(diǎn)，UL大于UC，電路呈感性，電流較小；在諧振工作狀態(tài)c點(diǎn)，UL小于UC，電路呈容性，電流較大，會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓。

圖1 簡(jiǎn)單的等值串聯(lián)諧振電路

1 鐵磁諧振的產(chǎn)生條件及特點(diǎn)

1.1 鐵磁諧振的產(chǎn)生條件

在交流電源作用下，鐵芯元件的電感值作周期性變化，這是產(chǎn)生鐵磁諧振的基本原因。以基頻串聯(lián)諧振電路為例，定性分析產(chǎn)生鐵磁諧振的基本條件。簡(jiǎn)單的等值串聯(lián)諧振電路如圖1所示。

假設(shè)只考慮基波諧振，那么所有的電壓和電流均可用有效值來(lái)表示，圖2給出了電感及電容上電壓隨電流變化的曲線UC，UL。

由圖2可見(jiàn)，UC是一條直線。UL在起始階段

圖2 基波鐵磁諧振圖解法

對(duì)于串聯(lián)諧振回路，產(chǎn)生基波鐵磁諧振的條件是在鐵芯未飽和時(shí)，回路參數(shù)滿足條件：

對(duì)于一定的電感值L0，鐵磁諧振可以在很大的電容值范圍內(nèi)發(fā)生。隨著線圈中電流的增加，電感值下降，ω0上升到接近或等于ω，滿足了串聯(lián)諧振的條件，回路由非諧振狀態(tài)轉(zhuǎn)化為諧振狀態(tài)。

1.2 鐵磁諧振的特點(diǎn)

（1） 相位反傾現(xiàn)象。鐵磁諧振回路中的參數(shù)（電源電動(dòng)勢(shì)E、電容C）平滑變化時(shí)，回路工作狀態(tài)可能發(fā)生突變，諧振現(xiàn)象可能突變式地產(chǎn)生或消失，并且伴有相位反傾現(xiàn)象。例如：電源電動(dòng)勢(shì)E逐漸上升時(shí)，回路狀態(tài)由感性突變?yōu)槿菪裕C振現(xiàn)象突變式地產(chǎn)生。

（2） 外激發(fā)現(xiàn)象。外激發(fā)是需要經(jīng)過(guò)過(guò)渡過(guò)程產(chǎn)生的諧振現(xiàn)象，當(dāng)E小于U0時(shí)，E逐漸上升，回路只能處在非諧振的工作點(diǎn)a。只有當(dāng)回路經(jīng)過(guò)強(qiáng)烈的“沖擊擾動(dòng)”，回路才能處在諧振的工作點(diǎn)c。一旦“激發(fā)”起來(lái)，諧振狀態(tài)可以“自保持”，維持很長(zhǎng)時(shí)間不會(huì)衰減。

（3） 自激發(fā)現(xiàn)象。當(dāng)E大于U0時(shí)，電路只有一個(gè)穩(wěn)定的工作點(diǎn)c，即使沒(méi)有外界的“沖擊擾動(dòng)”，也總是工作在諧振狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“自激”。

1.3 6-35 kV配電網(wǎng)鐵磁諧振過(guò)電壓分析

6-35 kV配電網(wǎng)中，由于變壓器、電壓互感器等帶鐵芯電感的磁路飽和作用，時(shí)常使回路的電感參數(shù)呈非線性，而激發(fā)起持續(xù)的較高幅值的諧振過(guò)電壓，即鐵磁諧振過(guò)電壓。在下列情況下，如電力線路1相或2相斷線，電源斷路器突然合閘于帶有變壓器或電壓互感器的空載或輕載母線上，當(dāng)線路上發(fā)生或消除瞬間接地故障，電壓互感器高壓線圈發(fā)生接地故障或匝間短路等時(shí)，則可能產(chǎn)生鐵磁諧振過(guò)電壓，出現(xiàn)相對(duì)地電壓不穩(wěn)定、接地指示誤動(dòng)作、電壓互感器高壓保險(xiǎn)絲熔斷等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電壓互感器燒毀，進(jìn)而引發(fā)其他事故。諧振不僅會(huì)引起過(guò)電壓，同時(shí)還會(huì)引起過(guò)電流；且諧振過(guò)電壓的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，甚至可以穩(wěn)定存在，直到發(fā)生新的操作破壞諧振條件為止。

該發(fā)射臺(tái)10 kV系統(tǒng)有3臺(tái)變壓器和幾組電壓互感器。2條供電線路在進(jìn)入發(fā)射臺(tái)前均有一段架空線路，在刮風(fēng)、雨雪等惡劣天氣時(shí)，常發(fā)生斷線故障。當(dāng)一路電源發(fā)生故障時(shí)，備自投裝置動(dòng)作，由另一路電源供全臺(tái)負(fù)荷用電，這種電源斷路器突然合閘于帶有電壓互感器的母線上，則可能產(chǎn)生鐵磁諧振過(guò)電壓。該發(fā)射臺(tái)供電線路的特殊性導(dǎo)致發(fā)生鐵磁諧振過(guò)電壓的幾率升高。

2 WNXⅢ-10B型消諧裝置的應(yīng)用

2.1 裝置簡(jiǎn)介

WNXIII-10B型消諧裝置由單片機(jī)、交流采樣、鑒頻整形、觸發(fā)脈沖、晶閘管、低電壓閉鎖、指示燈群（依次指示高頻、基頻、1/2頻、1/3頻、接地、工作）、計(jì)數(shù)器、分頻器及穩(wěn)壓電源等組成，其中單片機(jī)和晶閘管是本裝置的核心。單片機(jī)在少量硬件的支持下，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種鐵磁諧振的檢測(cè)和晶閘管的控制；晶閘管受控于單片機(jī)，執(zhí)行消諧任務(wù)。

2.2 裝置應(yīng)用

該電臺(tái)在2段母線電壓互感器二次側(cè)開(kāi)口三角繞組處各裝設(shè)1臺(tái)消諧裝置，型號(hào)為WNXIII-10B如圖3所示。該消諧裝置具有區(qū)分鐵磁諧振過(guò)電壓與各種非鐵磁諧振過(guò)電壓的能力。在正常運(yùn)行及非鐵磁諧振過(guò)電壓情況下，并聯(lián)在開(kāi)口三角形兩端的正反2只晶閘管截止，裝置呈高阻態(tài)。當(dāng)判斷為鐵磁諧振過(guò)電壓時(shí)，單片機(jī)執(zhí)行消諧程序，發(fā)出高脈沖群，使2只晶閘管交替過(guò)零觸發(fā)導(dǎo)通，向電網(wǎng)施加強(qiáng)有力的持續(xù)阻尼，迅速消除或限制鐵磁諧振過(guò)電壓。與此同時(shí)，相應(yīng)的指示燈亮，指明諧振類(lèi)別，計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，輸出持續(xù)時(shí)間為1 min的報(bào)警信號(hào)。諧振消除后，單片機(jī)停止執(zhí)行消諧程序，晶閘管自行截止，單片機(jī)重新開(kāi)始循環(huán)檢測(cè)。若測(cè)得的頻率為基頻，但幅值較低，則接地信號(hào)接點(diǎn)閉合，輸出接地報(bào)警。

3 結(jié)束語(yǔ)

自2003年該發(fā)射臺(tái)新址工程建設(shè)開(kāi)始，在設(shè)備的選用上多次與設(shè)計(jì)方協(xié)商、溝通，強(qiáng)調(diào)安全可靠供電對(duì)于廣電行業(yè)節(jié)目安全播出的重要性，因此，設(shè)計(jì)安裝了消諧裝置。經(jīng)分析對(duì)比后，最終選用WNXIII-10B型消諧裝置來(lái)限制鐵磁諧振。2004年投運(yùn)至今，裝于“前廣線”側(cè)的消諧裝置累計(jì)消除諧振733次；2013年改蘆醫(yī)廟供電后的“蘆廣線”側(cè)消諧裝置累計(jì)消除諧振149次。運(yùn)行實(shí)踐表明，該發(fā)射臺(tái)在電壓互感器開(kāi)口三角繞組端口接入消諧裝置，可以迅速消除諧振，或有效地限制鐵磁諧振引起的過(guò)電壓，保護(hù)電壓互感器免受損壞，在一定程度上提高了供電可靠性，保障了發(fā)射臺(tái)用電設(shè)備的安全運(yùn)行。

3 郭景武，張榮新.消諧裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用分析［J］.天津電力技術(shù)，2005，26（S1）：24-26.

1 劉新東.10-35 kV配電網(wǎng)鐵磁諧振過(guò)電壓的表現(xiàn)形式及消除措施［J］.電工技術(shù)，2000，11（6）：45-46.

2 代 姚.配電網(wǎng)鐵磁諧振及弧光接地過(guò)電壓特征識(shí)別與抑制方法［D］.重慶：重慶大學(xué)，2010.

2015-07-23；

2015-10-26。

夏更生（1963-），男，副高級(jí)工程師，主要從事動(dòng)力設(shè)備的安全運(yùn)行、設(shè)備管理以及人員培訓(xùn)和班組建設(shè)等方面工作，email：422307228@qq.com。

李 巖（1982-），女，助理工程師，主要從事變電運(yùn)行、維護(hù)技改等相關(guān)工作。

閆玉寬（1972-），男，大專(zhuān)，主要從事變電運(yùn)行工作。