110KV母線系統(tǒng)諧振過電壓的處理方式與對策研究——電力論文

    電力系統(tǒng)中包含有許多電感、電容元件，它們的組合可以構(gòu)成一系列不同的振蕩回路，當(dāng)開關(guān)操作或發(fā)生故障時(shí)，這些組合回路可能與外加電源產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，并導(dǎo)致在系統(tǒng)的某些元件上出現(xiàn)過電壓[1]。由于諧振是一種穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，持續(xù)時(shí)問較長，這種過電壓一旦發(fā)生，往往會(huì)造成嚴(yán)重后果，如對電器設(shè)備的絕緣造成破壞，產(chǎn)生過電流而燒毀設(shè)備等，嚴(yán)重威脅著系統(tǒng)的安全運(yùn)行[2]。因此，應(yīng)該采用合理的處理方式來限制諧振過電壓的出現(xiàn)并在過電壓狀況出現(xiàn)時(shí)及時(shí)給與解決。      

1. 110KV母線系統(tǒng)過電壓現(xiàn)象

圖為110 KV母線系統(tǒng)主接線圖，在圖中我們可以看到，圖中并沒有裝設(shè)123斷路器，而是用120代替了123來運(yùn)行。

    在對110KV線路進(jìn)行檢修時(shí)，工作人員將四個(gè)斷路器一起斷開，即120、121、1201以及1204，雖然全部斷開后主變還是在帶電運(yùn)行，但是沒過多久，110KV線路開始起火，并且大火將整套裝置全部燒毀了。之后，某次工作人員將斷路器120轉(zhuǎn)冷，留著下次用時(shí)，之后又?jǐn)嚅_了121以及120斷路器，從而導(dǎo)致保護(hù)裝置再次起火，而此時(shí)記錄的開口三角電壓峰值為412V以及306V，根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以知道，110 KV母線出現(xiàn)了諧振，從而導(dǎo)致開口三角電壓太大，引發(fā)保護(hù)裝置著火。

2. 現(xiàn)場測試

（1）在進(jìn)行現(xiàn)場測試時(shí)，將斷路器120替代斷路器123，將斷路器120與121分別進(jìn)行冷備用和熱備用。此時(shí)110KV母線顯示的三相電壓為130KV，其余兩個(gè)都為60KV。此時(shí)，開口三角電壓顯示的是210V，將一個(gè)200 電阻與開口三角合并在一起，起不到消諧的效果。再次返回操作，將斷路器120替代斷路器123，將斷路器120與121分別進(jìn)行熱備用和冷備用。此時(shí)110KV母線顯示的三相電壓為29KV，開后三角還是沒有電壓輸出。

（2）如圖2所示，圖為 母線系統(tǒng)的等值電路圖，主要是用來對其參數(shù)進(jìn)行測定。此時(shí)，得到結(jié)果C= 900pF，C1+ C3= 540pF，C2+ C3=1650pF 。可見C2明顯要比C1大，其原因就在于斷路器1201與120有電流互感器。電壓互感器的伏安特性的相關(guān)數(shù)據(jù)可見表2。

圖2  等值電路圖

表3  電壓互感器伏安特性

3. 故障狀態(tài)分析

    當(dāng)斷路器120與121分別處于熱備用以及冷備用時(shí)，此時(shí)110 KV母線容抗是Xc2+c3 = 1. 93 M，此時(shí)母線PT與在一定的電壓的范圍內(nèi)顯示的感抗8 M，差距比較明顯，不可能產(chǎn)生諧振。

    但是當(dāng)斷路器120與121分別處于冷備用以及熱備用時(shí)，此時(shí)110 KV母線容抗Xc1十c3 = 5. 89 M，此時(shí)母線PT與確定電壓的范圍內(nèi)顯示的感抗8 M差距比較小。此時(shí)系統(tǒng)在進(jìn)行倒閘的過程中會(huì)有工頻過電壓出現(xiàn)，導(dǎo)致PT鐵芯達(dá)到飽和的狀態(tài)，此時(shí)抗感XL變小，當(dāng)XL = Xcl+c3 = 5.89 M，就會(huì)有諧振產(chǎn)生，并且121斷路器的均壓電容不斷供給消耗的能量，從而導(dǎo)致諧振一直持續(xù)不斷。

4. 過電壓產(chǎn)生的原因

圖4  過電壓回路原理圖

    如圖4所示，圖為過電壓回路原理圖。通過上述操作以及過電壓的狀況來看，導(dǎo)致過電壓產(chǎn)生的現(xiàn)象的原因是由于諧振造成的。

    由圖我們可以發(fā)現(xiàn)，圖中斷路器使用的是均壓電容，在電路器156在閉合兩側(cè)用來隔離的開關(guān)時(shí)，由于其中夾雜了不利的參數(shù)，電磁式TV的某一相或者某幾項(xiàng)的鐵芯在達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電流以及電壓波形發(fā)生變形，從而使得諧波出現(xiàn)。之后又與電路以及均壓電容產(chǎn)生諧振回路，從而導(dǎo)致過電壓的出現(xiàn)，如果長時(shí)間處在過電壓的狀態(tài)，有可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)損壞。

    當(dāng)系統(tǒng)處在正常的運(yùn)行中時(shí)，此時(shí)ωL>1/ω C處在感性的工作狀態(tài)，電路不可能出現(xiàn)諧振。但是，一旦鐵芯兩側(cè)的電壓出現(xiàn)稍微的上升時(shí)，電感線圈內(nèi)部出現(xiàn)涌流，可能使得鐵達(dá)到飽和的狀態(tài)，使得感抗變得越來越小，使得ωL=1/ω C，從而導(dǎo)致諧振的出現(xiàn)。諧振過電壓如果是在電感以及電容的兩端產(chǎn)生，那么其表現(xiàn)形式單相、兩相或者三相，或者是通過基波、高次諧波以及分次諧波諧振導(dǎo)致對地電壓升高。其實(shí)，鐵磁元件處在飽和狀態(tài)的話，可以對電壓幅值起到限制的作用，此外回路損耗也可以對諧振過電壓起到抑制的作用。同時(shí)，當(dāng)回路電阻達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，就不會(huì)出現(xiàn)鐵磁諧振過電壓狀況。因此，電力系統(tǒng)中鐵磁諧振過電壓往往僅發(fā)生在變壓器空載或輕載時(shí)[3]。

5. 采取的具體措施

5. 1改變線路參數(shù)

電磁式TV導(dǎo)致諧振過電壓，對抑制諧振過電壓起到抑制作用的措施主要由以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

（1）通過在電磁式TV中的開口三角形添加阻尼電阻來改變線路的參數(shù)，從而起到阻止諧振過電壓；

（2）可以采用某些倒閘措施，比如事先就將某些線路或者設(shè)備投入，從而達(dá)到改變線路的參數(shù)的目的，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目的[4]；

（3）針對Y0接線，可以在三相電磁式TV中安裝消諧器，以達(dá)到改變參數(shù)線路的目的。

5. 2改變操作順序

    （1）通過分析我們可以知道，均壓電容是導(dǎo)致諧振產(chǎn)生的重要原因，將均壓電容取消，可以有效地消除諧振。但是，這樣做的后果就是會(huì)導(dǎo)致斷路器的容量下降，特別是出現(xiàn)短路時(shí)，會(huì)影響斷路器滅弧。因此，在取掉均壓電容之前，一定要進(jìn)行詳細(xì)地計(jì)算，需要在滿足斷路器容量的條件下再進(jìn)行操作。

   （2）改變操作順序或運(yùn)行方式以避開不利的諧振點(diǎn)。如先退出母線電壓互感器，使電容電感回路參數(shù)發(fā)生變化，破壞諧振條件，從而消除諧振；通過遵照合理的操作方式，改變運(yùn)行方式可以有效地遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)。比如可以將母線電壓互感器退出，從而達(dá)到改變參數(shù)的目的，最終阻止諧振的出現(xiàn)。合理的操作順序，比如可以在停電時(shí)先將斷路器121轉(zhuǎn)成冷備用，再對斷路器120進(jìn)行其他操作。待通電后，先將斷路器轉(zhuǎn)成熱備用，再對斷路器121進(jìn)行相關(guān)操作。

    （3）可以將母線與1800 pF的電容器合并在一起使用，還可以通過改變相互間隔的電流互感器的位置來加大母線對地電容，從而實(shí)現(xiàn)消諧的目的。

    通過實(shí)踐我們發(fā)現(xiàn)，通過改變操作順序是最經(jīng)濟(jì)、最實(shí)用，也是最為簡單、效率極高的方法，應(yīng)該大力推廣，加以利用。

6. 結(jié)語

    通過采用以上措施，諧振過電流狀況在沒出現(xiàn)。通過此次對110KV母線系統(tǒng)諧振過電壓的處理，我們認(rèn)識(shí)到，110KV系統(tǒng)諧振的發(fā)生是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，簡單地從系統(tǒng)接線及設(shè)備靜態(tài)參數(shù)來分析是不夠的，有實(shí)踐證明，運(yùn)用35 kV系統(tǒng)消除鐵磁諧振的方法(如PT二次側(cè)并聯(lián)電阻)也是無效的[5]。產(chǎn)生諧振過電流的原因還有很多，需要采用很多措施，考慮電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及相關(guān)設(shè)備等條件，對產(chǎn)生諧振的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，從而有效地抑制諧振過電壓的出現(xiàn)，保障電力系統(tǒng)的運(yùn)行。