電網(wǎng)諧振過(guò)電壓淺析

電力系統(tǒng)中，過(guò)電壓現(xiàn)象十分普遍。如果沒(méi)有防范措施，隨時(shí)都可能發(fā)生，也隨時(shí)都可以發(fā)現(xiàn)。引起電網(wǎng)過(guò)電壓的原因很多。主要可分為諧振過(guò)電壓、操作過(guò)電壓和雷電過(guò)電壓;其中諧振過(guò)電壓在正常運(yùn)行操作 中出現(xiàn)頻繁，其危害性較大;過(guò)電壓一旦發(fā)生，往往造成電氣設(shè)備的損壞和大面積的停電事故。多年電力生產(chǎn)運(yùn)行的記載和事故分析表明，中低壓電網(wǎng)中過(guò)電壓事故大多數(shù)都是由諧振現(xiàn)象所引起的。由于諧振過(guò) 電壓作用時(shí)間較長(zhǎng)，所引起諧振現(xiàn)象的原因又很多，因此在選擇保護(hù)措施方面造成很大的困難。為了盡可能地防止諧振過(guò)電壓的發(fā)生，在設(shè)計(jì)和操作電網(wǎng)設(shè)備時(shí)，應(yīng)進(jìn)行必要的估算和安排，以避免達(dá)到諧振條件; 或采取適當(dāng)?shù)姆乐怪C振的措施。

在中低壓電網(wǎng)中，故障的形式和操作方式是多種多樣的，諧振性質(zhì)也各不相同。因此，應(yīng)該了解各種不同類(lèi)型諧振的性質(zhì)與特點(diǎn)，掌握其振蕩的性質(zhì)和特點(diǎn)，制訂防諧和消諧的對(duì)策與措施。

目前，我國(guó) 66kV 及以下配電網(wǎng)，仍大部分采用中性點(diǎn)不接地方式運(yùn)行，一部分采用老式的消弧線(xiàn)圈接地。從電網(wǎng)的運(yùn)行實(shí)踐證明，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中一方面由于電壓互感器鐵心飽和引起的鐵磁諧振過(guò)電壓 比較多，盡管采取了不少限制諧振過(guò)電壓的措施，如：消諧燈、消諧器、PT 高壓中性點(diǎn)增設(shè)電阻或單只 PT 等，但始終沒(méi)有從根本上得到解決，PT 燒毀、熔絲熔斷仍不斷發(fā)生;另一方面由于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方 式的主要特點(diǎn)是單相接地后，允許維持一定的時(shí)間，一般為 2h 不致于引起用戶(hù)斷電，但隨著中低壓電網(wǎng)的擴(kuò)大，出線(xiàn)回路數(shù)增多、線(xiàn)路增長(zhǎng)，中低壓電網(wǎng)對(duì)地電容電流亦大幅度增加，單相接地時(shí)接地電弧不能自 動(dòng)熄滅必然產(chǎn)生電弧過(guò)電壓，一般為 3—5 倍相電壓甚至更高，致使電網(wǎng)中絕緣薄弱的地方放電擊穿，并會(huì)發(fā)展為相間短路造成設(shè)備損壞和停電事故。而采用老式消弧線(xiàn)圈接地方式的系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)的限制，只能運(yùn) 行在過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)，不能處在全補(bǔ)償狀態(tài)，所以脫諧度整定的比較大，約在 20%～30%，對(duì)弧光過(guò)電壓無(wú)抑制效果。并需要手動(dòng)調(diào)節(jié)分接頭，然而此時(shí)卻不能隨電網(wǎng)對(duì)地電容電流的變化及時(shí)將電壓調(diào)整到最佳的工 作位置，影響功能發(fā)揮，也不適應(yīng)電網(wǎng)無(wú)人值班變電所的需要。|

因此，我們可以采用自動(dòng)調(diào)諧原理的接地補(bǔ)償裝置，通過(guò)過(guò)補(bǔ)、全補(bǔ)和欠補(bǔ)的運(yùn)行方式，來(lái)較好地解決此類(lèi)問(wèn)題。目前自動(dòng)調(diào)諧接地補(bǔ)償裝置主要是由五大部分組成：接地變壓器、電動(dòng)式消弧線(xiàn)圈、微機(jī)控 制部分、阻尼電阻部分、中性點(diǎn)專(zhuān)用互感器和非線(xiàn)性電阻。接地變壓器是作為人工中性點(diǎn)接入消弧線(xiàn)圈。消弧線(xiàn)圈電流通過(guò)有載開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方自動(dòng)控制，采用予調(diào)節(jié)方式，即在正常運(yùn)行方式情況下，根據(jù) 電網(wǎng)參數(shù)的變化而隨時(shí)調(diào)節(jié)消弧線(xiàn)圈的分接頭到最佳位置。自動(dòng)跟蹤和自動(dòng)調(diào)諧利用微機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)。通過(guò)測(cè)量位移電壓為主和中性點(diǎn)電流與電壓之間的相位，能夠準(zhǔn)確的計(jì)算、判斷、發(fā)出指令自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整， 顯示有關(guān)參數(shù)：電容電流、電感電流、殘流和位移電壓等。還能追憶、報(bào)警、自動(dòng)打印和信號(hào)遠(yuǎn)送，滿(mǎn)足無(wú)人值班變電所的需要。

自動(dòng)調(diào)諧接地補(bǔ)償裝置能夠?qū)崿F(xiàn)全補(bǔ)償運(yùn)行或很小的脫諧度，主要是由于在消弧線(xiàn)圈的一次回路中串入了大功率的阻尼電阻，降低中性點(diǎn)諧振過(guò)電壓的幅值使之達(dá)到相電壓的 5%～10%。因?yàn)槿绻?dāng)系統(tǒng)的電 容電流與消弧線(xiàn)圈工作電流相等時(shí)，即在諧振時(shí)中性點(diǎn)電壓限制在允許值以下，這樣就可實(shí)現(xiàn)全補(bǔ)償方式，這是殘流為最小的最佳工作方式。接地時(shí)殘流很小，不會(huì)引起弧光過(guò)電壓。所以，可在消弧線(xiàn)圈的一次 回路中串入大功率的阻尼電阻，增大阻尼率的措施來(lái)達(dá)到。消弧線(xiàn)圈的脫諧率與電壓及電網(wǎng)的阻尼率有關(guān)，當(dāng)電網(wǎng)形成后其不對(duì)稱(chēng)電壓基本是個(gè)固定值，消弧線(xiàn)圈為保證在單相接地時(shí)有效地抑制弧光過(guò)電壓的產(chǎn) 生，要求脫諧率達(dá)到± 5%以?xún)?nèi)，那么只有改變阻尼率，才能改變位移電壓，因此應(yīng)當(dāng)在消弧線(xiàn)圈回路串入電阻，保證阻尼率，控制中性點(diǎn)位移電壓。在低壓電網(wǎng)中由于中性點(diǎn)不對(duì)稱(chēng)電壓很小，為提高測(cè)量精度采 用特制的中性點(diǎn)專(zhuān)用互感器，提高檢測(cè)靈敏度;非線(xiàn)性電阻的采用對(duì)欠補(bǔ)償下的斷線(xiàn)過(guò)電壓和傳遞過(guò)電壓都有明顯的抑制作用。

消弧線(xiàn)圈接入系統(tǒng)必須要有電源中性點(diǎn)，在其中性點(diǎn)上接入消弧線(xiàn)圈，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，流過(guò)變壓器的三相同方向的零序磁通，經(jīng)過(guò)油箱壁絕緣油及空氣等介質(zhì)形成閉合的回路，在油箱鐵心等處產(chǎn)生附加 的損耗，這種損耗是不均勻的，必然要形成局部過(guò)熱，影響變壓器的正常運(yùn)行和使用壽命。所以接入此類(lèi)接地變壓器的消弧線(xiàn)圈的容量不應(yīng)超過(guò)變壓器容量的 20%;為滿(mǎn)足消弧線(xiàn)圈接地補(bǔ)償?shù)男枰?，同時(shí)也滿(mǎn)足 動(dòng)力與照明混合負(fù)載的需要，可采用 Z 型接線(xiàn)的變壓器即 ZN，yn11 連接的變壓器。由于變壓器高壓側(cè)采用 Z 型接線(xiàn)，每相繞組由兩段組成，并分別位于不同相的鐵心柱上，兩段線(xiàn)圈反極性相連，零序阻抗非常 小?？蛰d損耗低;變壓器容量可以 100%被利用;并能夠調(diào)節(jié)電網(wǎng)的不對(duì)稱(chēng)電壓。由此可見(jiàn)，Z 型接線(xiàn)的變壓器作為接地變壓器是一種比較好的選擇。

目前消弧線(xiàn)圈大部分采用有載調(diào)匝式調(diào)節(jié)方式(也有調(diào)容式) ，調(diào)節(jié)分接頭數(shù)一般均大于 9，加寬了調(diào)流范圍，以便能夠達(dá)到最小的脫諧度;配有有載開(kāi)關(guān)并可以遠(yuǎn)方電動(dòng)或自動(dòng)操作;有載開(kāi)關(guān)在預(yù)調(diào)方式下 工作，即正常調(diào)諧是在系統(tǒng)不接地狀態(tài)下切換，安全可靠。消弧線(xiàn)圈調(diào)諧是由微機(jī)控制器自動(dòng)控制的，調(diào)諧時(shí)消弧線(xiàn)圈不須退出運(yùn)行，克服了老式線(xiàn)圈的一些缺點(diǎn)。

自動(dòng)調(diào)諧接地補(bǔ)償裝置, 是將所變柜改造為所變兼接地變柜，加裝開(kāi)關(guān)二組、電流互感器二組及相應(yīng)二次保護(hù);接地變、消弧線(xiàn)圈為戶(hù)外布置(也可采用干式戶(hù)內(nèi)布置) 。消弧線(xiàn)圈選用有載調(diào)匝式調(diào)節(jié)方式， 調(diào)節(jié)檔位應(yīng)大于 9 個(gè)以上，以便能夠達(dá)到最小的脫諧度;正常運(yùn)行采用過(guò)補(bǔ)償方式，消弧線(xiàn)圈接地回路串接阻尼電阻，以限制中性點(diǎn)電壓;保證脫諧度及中性點(diǎn)的位移電壓在限制范圍內(nèi)(脫諧度控制在 5%，消弧 線(xiàn)圈的位移電壓不大于相電壓的 15%，故障點(diǎn)殘流不大于 5A 為宜);控制部分采用微機(jī)控制自動(dòng)消諧裝置進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償;能自動(dòng)檢測(cè)電網(wǎng)對(duì)地電容參數(shù)的變化，自動(dòng)和手動(dòng)調(diào)整消弧線(xiàn)圈的分接頭，使其運(yùn)行在最 佳的工作點(diǎn)，保證殘流能降低到可靠熄弧的程度;并能遠(yuǎn)方遙控、遙信、遙測(cè)和遙調(diào);接地變選用零序阻抗低的 ZN/YN 接線(xiàn)方式;并能夠調(diào)節(jié)電網(wǎng)的不對(duì)稱(chēng)電壓。

對(duì)由電壓互感器鐵心飽和引起的鐵磁諧振過(guò)電壓的限制，鐵磁諧振過(guò)電壓的限制目前雖然采取多種形式，取得了一些效果，但都不夠理想。有的裝了消諧器還是產(chǎn)生了諧振過(guò)電壓，這是由于鐵磁諧振過(guò)電壓 本身是一個(gè)非線(xiàn)性過(guò)程，現(xiàn)象比較復(fù)雜。我們知道分頻諧振有 1/2、1/3、1/6 及 1/8 等，高頻諧振有 2、3 次，還有工頻諧振，有時(shí)幾種諧振同時(shí)發(fā)生，消諧器不能有效的限制。而且在系統(tǒng)上有多臺(tái) PT 時(shí)，只在某 一臺(tái) PT 的開(kāi)口三角上裝消諧器是很難奏效的，必須要使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生較大的變化才能將諧振過(guò)電壓抑制住。

如果在系統(tǒng)的中性點(diǎn)上接入消弧線(xiàn)圈破壞它的諧振條件，就能夠比較有效地抑制諧振過(guò)電壓的發(fā)生。其原理也很簡(jiǎn)單，PT 的勵(lì)磁感抗比較大(千歐至兆歐級(jí))，而消弧線(xiàn)圈的感抗(百歐級(jí))比較小，這樣諧振條件 ωL=1/ωC 很難滿(mǎn)足，諧振就不會(huì)發(fā)生。另一方面無(wú)消弧線(xiàn)圈時(shí)單相接地發(fā)生間歇性電弧時(shí)電容上多次充放電造成 PT 燒毀、熔絲熔斷;有了消弧線(xiàn)圈后，電容對(duì)小感抗放電，PT 中電流就很小，不會(huì)燒毀了。所以 在中性點(diǎn)接入消弧線(xiàn)圈，對(duì)于由電壓互感器鐵心飽和引起的鐵磁諧振過(guò)電壓具有一定的限制作用。