电力系统谐振过电压分析叶强

电力系统谐振过电压分析叶强

叶强

（宁夏回族自治区电力设计院宁夏回族自治区银川市750001）

摘要：过电压一旦产生，往往造成电气设备的损坏和大面积的停电事故。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都是由谐振现象所引起的。由于谐振过电压作用时间较长，引起谐振现象的原因又很多，因此在选择保护措施方面造成很大的困难。因此，本文对电力系统谐振过电压进行了分析。

关键词：谐振过电压；产生原因；分类

一、产生谐振过电压的原因

目前，我国配电网，大部分仍采用中性点不接地方式运行，其中有少部分采用老式的消弧（消谐）线圈接地。从电网的运行实践证明，中性点不接地系统中一方面由于电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振过电压比较多，尽管采取不少限制谐振过电压的措施，如：消谐灯、消谐器、TV高压中性点增设电阻或单只TV等，但始终没有从根本上得到解决，TV烧毁、熔丝熔断仍不断发生；另一方面由于中性点不接地运行方式的主要特点是单相接地后，允许维持一定时间，一般为2h不致引起用户断电，但随着中低压电网的扩大，出线回路数增多、线路增长，中低压电网对地电容电流易大幅度增加，单相接地时接地电弧不能自动熄火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，并会发展为相间短路造成设备损坏和停电事故。而采用老式消弧线圈接地方式的系统由于结构的限制，只能运行在过补偿状态，不能处在全补偿状态，所以脱谐度整定得比较大，约在20％～30％，对弧光过电压无抑制效果。并需要手动调节分接头，然而此时却不能随电网，对地电容电流的变化及时将电压调整到最佳的工作位置，影响功能发挥，也不适应电网无人值班变电所的需要。

二、电力系统谐振过电压的分类

电力系统中一些电感、电容元件在系统进行操作或发生故障时可形成各种振荡回路，在一定的能源作用下，会产生串联谐振现象，导致系统某些元件出现严重的过电压，这一现象叫电力系统谐振过电压。谐振过电压分为以下几种。

2.1线性谐振过电压

谐振回路由不带铁芯的电感元件（如输电线路的电感，变压器的漏感）或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件（如消弧线圈）和系统中的电容元件所组成。

2.2铁磁谐振过电压

谐振回路由带铁芯的电感元件（如空载变压器、电压互感器）和系统的电容元件组成。因铁芯电感元件的饱和现象，使回路的电感参数是非线性的，这种含有非线性电感元件的回路在满足一定的谐振条件时，会产生铁磁谐振。

2.3参数谐振过电压

由电感参数作周期性变化的电感元件（如凸极发电机的同步电抗在Kd～Kq间周期变化）和系统电容元件（如空载线路）组成回路，当参数配合时，通过电感的周期性变化，

不断向谐振系统输送能量，造成参数谐振过电压。

三、中压电网谐振过电压的消除措施

中压电网（35kV、10kV、6kV）的中性点接地方式采用经消弧线圈小电流接地已运行多年，但近几年有部分区域采用中性点经小电阻接地方式。前者的供电可靠性大大高于后者，但也存在以下问题：当系统发生接地时，由于接地点残流很小，零序过流、零序方向保护无法检测出已接地的故障线路。在运行中不能根据电网电容电流的变化及时进行调节，出现弧光不能自灭及过电压问题。

对由电压互感器铁芯饱和引起的铁磁谐振过电压的限制必须使系统参数发生较大的变化才能将谐振过电压抑制住。如果在系统的中性点上接入消弧线圈破坏它的谐振条件，PT的励磁感抗比较大（千欧至兆欧级），而消弧线圈的感抗（百欧级）比较小，这样谐振条件ωL=1/ωC很难满足，谐振就不会发生。有了消弧线圈后，电容对小感抗放电，PT中电流就很小而不会烧毁了。所以在中性点接入消弧线圈，对于由电压互感器铁芯饱和引起的铁磁谐振过电压具有很好的限制作用。自动跟踪消弧线圈及接地选线装置的不断完善和推广应用，为中压电网中性点经消弧线圈接地提供了技术保障。为此，在我国采用中性点经消弧线圈接地方式是我国中压电网的发展方向。

四、高压谐振过电压的防治措施

4.1严格执行调度规程

在运行方式上和倒闸操作过程中，防止断路器断口电容器与空载母线及母线PT构成串联谐振回路，以防止因谐振过电压损坏设备。它包括两个方面：一是应避免用带断口电容器的断路器切带电磁式电压互感器的空载母线；二是避免用带断口电容器的回路的刀闸对带电磁式电压互感器的空载母线进行合闸操作。具体可采用下述方式来实现：在切空母线时，先拉开电压互感器，对母线断电；在投空母线时，先断开被送电母线PT，对母线送电，再合母线电压互感器。

4.2避免操作过电压

在进行投切空母线操作时，加强母线电压监测，发生铁磁谐振时，应立即合上带断口电容器的断路器，切除回路电容，终止谐振，防止隐患发展形成事故。

4.3采取适当的中性接地点

增加母线对地电容或减少系统中电压互感器中性点接地台数，即增大母线的对地感抗，从而减少自振固有频率，避免因系统变动而发生母线铁磁谐振过电压，如：在变电站基建设计时，采用电容式电压互感器。在进行变电站更换电压互感器时，也应尽量选取电容式电压互感器。

4.4加强继电保护措施

针对具体事故发生的情况，如在变电站母线发生单相接地，母差保护动作，母联开关跳闸后，如果主变开关先于线路开关动作，将不会引发谐振。因此，建议将只带一条出线（线路开关动作抢在主变开关前动作的可能性较大），同时该出线为不带电源的负载线路时，母线母差保护动作次序调整为：母联开关首先开断后，先跳主变开关，再跳出线开关。

五、针对不同类型谐振，制订对策与措施

为了尽可能地防止谐振过电压的发生，在设计和操作电网设备时，应进行必要的估算和安排，以避免形成严重的串联谐振回路，或采取适当的防止谐振的措施。在电力生产和电力运行的中低压电网中，故障的形式和对应的解决方式是多种多样的，谐振性质也各不相同。因此，应该针对各种不同类型谐振的性质与特点，制订防振和消振的对策与措施。目前，我国35kV及以下配电网仍大部分采用中性点不接地方式运行，一部分采用老式的消弧（消谐）线圈接地。从电网的运行实践证明，中性点不接地系统中，一方面由于电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振过电压比较多，尽管采取了不少限制谐振过电压的措施，如消谐灯、消谐器、TV高压中性点增设电阻或单只TV等，但始终没有从根本上解决问题。另一方面，由于中性点不接地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、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，并会发展为相间短路进而造成设备损坏和停电事故。而采用老式消弧线圈接地方式的系统由于结构的限制，只能运行在过补偿状态，不能处在全补偿状态，所以脱谐度整定得比较大，约在20%～30%，对弧光过电压无抑制效果，并需要手动调节分接头，然而此时却不能随电网对地电容电流的变化及时将电压调整到最佳的工作位置，影响功能发挥，也不适应无人值守变电所的需要。因此，我们可以采用自动调谐接地补偿装置，通过过补、全补和欠补的运行方式，来较好地解决此类问题。

六、结语：

总而言之，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]电力系统中谐振过电压的产生与解决对策[J].朱建平，闫峰.黑龙江科技信息.2013（30）

[2]浅析电厂中谐振过电压的产生与抑制[J].臧雪飞，撒同颖，姜雪.科技视界.2013（19）

[3]电网谐振过电压防治的研究与探讨[J].李志全，刘晨光，邴光，郭光智，吕欣.山东电力技术.2009（02）