基于ICA的配电网铁磁谐振检测方法的研究-论文.doc

第1章 绪　　论 1.1 研究的背景及意义 当系统出现某些扰动时，因电压互感器中电感元件的铁芯产生磁饱和现象，电感参数随着电流的变化而变化使系统发生谐振，电源中性点出现了位移电压，从而产生了谐振过电压。系统中的某一振荡频率与强加给系统的振荡频率正好相等时，致使谐振电压幅值迅速变大。因为电感参数有三种特征，故将谐振分为三类。第一类为线性谐振，顾名思义，电感为线性的，即电感参数是常数，电感线圈中不含非线性电感的铁芯，当电源频率与系统的自振频率相等时，就会发生线性谐振。第二类为参数谐振，参数谐振是指当参数匹配时，发生周期性变化的电感（受外力作用），和系统中的电容回路，不断输送能量到谐振系统，以致产生的谐振。第三类为铁磁谐振，铁磁谐振又叫非线性谐振，电感是随着电流的变化而变化的，例如电压互感器中含有铁芯的电感，因为铁芯而呈现非线性，当系统发生故障或者大的扰动和操作时，电磁式电压互感器的含有铁芯的非线性电感会由于流过的电流迅速升高而慢慢饱和，当电压互感器中非线性电感正好与线路对地电容相匹配时，就会在电压互感器中的电感和线路对地电容的两端激发起很高的电压，这就是铁磁谐振过电压。 铁磁谐振过电压属于暂时过电压，是电力系统中由电磁式电压互感器引起的一种内部过电压。一般情况下，铁磁谐振过电压的产生是由于电力系统中出现较大的扰动（例如中性点绝缘系统非同期合闸、或接地故障消失之后），致使系统的对地电容与监测发、变电站母线对地电压的电压互感器的激磁阻抗值达到匹配条件，构成了铁磁谐振回路。这种过电压可以在过渡过程结束后的较长时间内稳定存在，从而使系统中部分电器元件工作在过电压情况下，引起设备过热甚至烧毁，严重地影响供电安全。 谐振过电压对系统中设备危害的严重性，取决于其幅值的大小和持续时间的长短。由于回路参数及外界激发条件的不同，可能造成分频、工频或高频谐振过电压。其中，分频和高频谐振的危害及较大，可能是熔丝熔断、电压互感器因过热而烧毁，绝缘破坏或避雷器爆炸等等。电力系统中各种电压等级的电网中都有可能发生铁磁谐振，尤其是在110kV及以下的中低压配电网中，因谐振过电压造成的事故较多，对电力系统的安全运行构成严重威胁，已成为一个普遍关注的问题。 随着经济的高速发展，人们对于电能质量的要求越来越高，同时对于威胁人身安全、威胁电网正常运行的各种线路和设备故障越来越受到人们的广泛关注。尤其在发生多次铁磁谐振重大事故之后，例如浙江三辰电器在送互感器刀闸瞬间，烧毁互感器，并使生产产生混乱；1990年有一电压互感器因为铁磁谐振故障导致高压熔断器熔断，致使加氢车间停产并引起II段避雷器爆炸；并且统计表明广西电网1996年～1998年仅玉林局10～35kV配电网中中性点不接地系统发生铁磁谐振67次。这些事例都表明配电网中性点接地系统中，对于电压互感器引起的铁磁谐振的检测与控制是极其重要的。 在电力系统中包括许多发电机、消弧线圈、变压器等含有非线性电感的原件，当系统中因操作或故障而产生大的扰动时，这些元件中的非线性电感和线路中的电容元件，可能形成各种不同的振荡回路。特别是在配电网中，发生分频或高频谐振时，经常会出现幅值高，持续时间长的谐振过电压和过电流，从而烧坏电力系统中很多重要的电气设备。 在电力系统中，我们经常会用到发电厂、变电所母线的对地电压，所以对于发电厂、变电所母线的对地电压的检测是很有必要的。但是在中性点不接地系统中，检测发电机或变电所母线上的对地电压通常利用接在母线上的的电磁式电压互感器来检测。但是在母线上接有电磁式电压互感器的中性点不接地系统中，经常会因为系统发生故障或者操作中进行大的动作，导致电磁式电压互感器的非线性电感产生饱和，其饱和励磁阻抗值与各个线路的对地电容相容构成谐振回路，造成非线性谐振回路。 通过大量的试验，可以了解到基频谐振和高频谐振导致的谐振过电压的幅值一般不会超过相电压的三倍，过电流相对低，一般不会对设备造成损坏。但是分频谐振过电压的频率很低，过电流经常达到额定电流的百倍以上，在这种情况下，经常会烧坏电压互感器，甚至造成爆炸。因此，在中低压配电网系统中，对于电磁式电压互感器引起的铁磁谐振应给予足够的重视，以保证电力系统的正常运行[1]。 在电力系统中PT的感抗XL和导线对地电容的容抗Xcn两者的比Xcn/XL决定着系统中发生铁磁谐振的不同频率。谐振类型分为以下3种： （1）基频谐振 又称为工频谐振。当Xcn/XL=1时，发生的谐振频率与电力系统正常运行的频率相同，即频率是50Hz，故称之为基频谐振。它表现出来的特征是：a、过电流会导致烧毁电压互感器和电压互感器的熔丝断裂；b、三相电压的线电压表现正常，相电压为其中的1相会变低，另外2相变高；c、过电压倍数不超过相电压的3倍，并伴有虚假接地现象。 （2）分频谐振 分频谐振的条件是当Xcn/