电磁式电压互感器谐振过电压分析及抑制措施.doc

电磁式电压互感器谐振分析及抑制措施研究 (江建明 四川省电力工业调整试验所 610072) 电力系统接地系统为直接接地系统和不接地系统。直接接地系统易发生并联谐振，不接地系统在单相接地时易发生串联谐振，有并联电容器的断路器易发生串联谐振。长期以来，电力系统谐振过电压严重威胁着电网的安全。特别是对中性点不接地系统，铁磁谐振所占的比例较大。随着电网的日益发展，中性点直接接地系统的铁磁谐振问题越来越严重，出现的概率也越来越大。近年，在四川发生过多次铁磁谐振引起过电压的案例，应引起高度重视。本文将介绍产生铁磁谐振的机理、原因、现象以及应采取的措施。 1．产生铁磁谐振的原因 铁磁谐振存在三种情况：直接接地系统对地电容引发的铁磁谐振；不接地系统的单相接地引起的铁磁谐振；断路器端口并联的电容形成的铁磁谐振。 电力系统中许多元件是属于电感性的，如电力变压器、互感器、发电机、消弧线圈为电感元件，而线路各导线对地和导线间既存在纵向电感又存在横向电容，这些元件组成复杂的LC震荡回路，在一定的能量作用下特定参数配合的回路就会出现谐振现象。由于铁芯电感的磁通和电流之间的非线性关系，电压升高导致铁芯电感饱和，极易使电压互感器发生铁磁谐振。在中性点不接地系统中，如果不考虑线路的有功损耗和相间电容，仅考虑电压互感器电感与线路的对地电容C，当C大到一定值且电压互感器不饱和时，感抗XL大于容抗XC；而当电压互感器上电压上升到一定数值时，电压互感器的铁芯饱和，感抗XL小于容抗XC，这样就构成了谐振条件，下列几种激发条件可以造成铁磁谐振： （1）当投入电力系统的电力线路长度发生变化时，线路对地电容与线路电阻发生改变。如空载线路投切操作，对空母线充电，尤其是短母线进行倒母线时，易产生对地电容引起的并联谐振。 （2）当系统运行状态突变，在暂态激发条件下，TV铁芯饱和，其电感量L处于非线性变化。如有线路瞬间接地，雷电感应侵入电网，尤其系统出现单相接地，易产生串联谐振。 （3）直接因突然投入系统的电容变化而引起谐振。如补偿电容器的投入，断路器断口打开时的并联电容易产生并联谐振。 （4）由于线路分合或运行状态突变时，会产生多次或分次谐波，从而使ω发生变化。如拉合刀闸、跌落式熔断器动作等，可能引起并联或串联谐振。 2．产生铁磁谐振的机理 由于电压互感器的中性点位移现象，常常在中性点不接地绝缘系统中引起铁磁谐振过电压。在正常运行条件下，励磁电感三相相等，三相负荷相等，电网的中性点电位为零。当线路中出现瞬时单相故障时，其它两相电压升高，三相电压互感器两相电压升高而饱和，其励磁电感相应减小，电网中性点出现位移电压，当三相总导纳之和为零时，便会发生串联谐振，中性点电压将急剧上升。由于铁芯的磁饱和会引起电流、电压波形的畸变，即产生了谐波，使上述谐振回路还会对谐波产生谐振。当线路很长，对地电容很大，或者励磁互感器的励磁电抗较大时，自振频率较低，容易发生分次（通常为1/2次）谐振，产生过电压；反之，当线路较短，对地电容很小，或者励磁互感器的励磁电抗较小时，自振频率较高，容易发生高次谐振，产生过电压。其表现形式均为三相电压同时升高，但在分次谐波谐振时，过电压忽低忽高作低频摆动。 当XC/XT≤0.01时，谐振不会发生。随着XC/XT的增加，依次发生1/2次谐波、基波、三次谐波的谐振，同时所需的电压值也逐渐增大。因此1/2次谐波所需的电压最低，最容易发生谐振。基波和高次谐波谐振过电压一般不超过3倍电压。1/2次谐波谐振过电压，由于受到电磁互感器严重饱和的影响，励磁电流急剧增加，可高达励磁电流的几十倍以上，常常引起高压保险丝熔断，或者造成互感器烧损。 3．铁磁谐振现象 铁磁谐振可以是分次谐波谐振、基波谐振、高次谐波谐振，其表现形式可能是单相、两相或三相对地电压升高，或以低频摆动，引起绝缘闪络或避雷器爆炸，或产生高值零序电压分量出现虚幻接地和不正确的接地指示，或者在电压互感器中出现过电流，引起熔断器中出现过电流，使熔断器熔断或互感器烧损，甚至可能使小容量的电动机发生反转现象。 电力系统中发生不同频率的谐振与基频系统对地电容的容抗XC与电压互感器的感抗XL的比值有直接关系： 1）当比值为0.01—0.08时，发生分频谐振，表现为：过电压倍数较低，一般不超过相电压的2.5倍，三相电压表的指示数值同时升高，而且有周期性的摆动，线电压指示数正常。 2）当比值为0.08—0.8时，发生基频谐振，表现为，三相电压两相高，一相低，线电压正常；产生很大的过电流会导致互感器熔丝熔断，甚至烧毁电压互感器；过电压倍数在3.2倍相电压以内，伴有接地动作或告警，即虚假接地现象。 3）当比值为0.6—3.0时，发生高频谐振，表现为：过电压倍数较高；三相电压表同时升高，最大值达相电压的4—5倍，线电压基本正常且稳定；谐振