电力系统谐振产生原理及消除措施分析仓木拉

电力系统谐振产生原理及消除措施分析仓木拉

仓木拉

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摘要：本文介绍了电力系统铁磁谐振产生的原理，分析了磁谐振的若干特点，我们指出将互感器高压侧中性点经高阻抗接地，并接一个电阻R消耗能量限制谐振，将电源变压器中性点经过消弧线圈接地等电力系统谐振消除策略。

关键词：电力系统；谐振产生；原理；消除措施

1前言

众所周知，电力系统内部的网络结构是很复杂的，系统内有许多电感与电容等电子元器件，使用时间长，不断会产生过电压现象。产生这过电压原因有好多方面，比如谐振过电压，使用过程中若操作不注意就会产生故障。尤其到了雨雪等天气或者是雷雨季会导致电力系统出现过电压情况。据统计，电力系统谐振过电压发生的概率较大，这类问题会影响电气设备与电网安全，还会提高维修成本，一不小心会影响着大面积的停电，极大地影响百姓的生活与工业、企业的经营，极大地阻碍着电力系统的未来发展。因此，电力系统中的谐振影响非常大，作为电力工作者我们要积极关注这一课题。

2电力系统铁磁谐振产生的原理

图1铁磁谐振产生的原理示意图

如上图所示，电源变压器中性点是不接地设置，要达到监视绝缘之目的，电压互感器设备的一次绕组中性点需要设计成直接接地。我们把励磁电感计为：La、Lb、Lc，和它相关意义的电容C0则表示的是母线以及相导线引起的对地电容。励磁电感跟电容C0并联，会有导纳，我们标示为：Ea、Eb、Ec。一般条件下，励磁电感La=Lb=Lc，Ea=Eb=Ec，可以计算出三相对地负载为平衡状态，变压器中性点电位是零。如果电网内有冲击的波动发生，比如电源合闸到空母线时，影响着互感器一相、两相形成了一定的涌流情况，要么是线路瞬间单相弧光接地，或者是熄弧发生了，则健全相，或者说是故障相的电压就会一下子升高起来，这样的情况也会出现特别大的涌流，会导致这相互感器磁路的饱和，这样会影响励磁电感L的减小，时间一长，会影响三相对地负荷的平衡状态，导致中性点有位移电压出现。前文诸的条件式中，我们可以发现：为母线电容三相励磁电感和发生并联形成的导纳；为三相电源电压；为中性点位移（对地）电压。通常状态中，根据电压互感器励磁阻抗越大，相导纳的容性也越大，引发的电力扰动结果导致Ea相和Eb相电感即La和Lb减小。如果电感电流发生了电量变大，会影响a相与b相的导纳为感性，变成了等值的电路。容性导纳和感性导纳会相互消除，那么总导纳Ea+Eb+Ec会缩小，位移电压C0就会变大。当然假使参数配合合理的话，总导纳就会与零接近，会发生串联情况下的谐振问题，中性点位移电压就会非常快地上升到一定程度。电磁式电压互感器励磁电流就会突发式地提升，产生铁磁谐振现象。这就是该现象产生的原理。发生后，电感和电容都出现较高的过电压，导致PT烧毁等，直到遇到新的干扰改变了系统参数，破坏谐振条件后谐振才可能消除。

3对铁磁谐振的若干特点的分析

3.1形成铁磁谐振的主要原因就是PT的非线性铁磁现状

铁磁元件有一定的饱和效应，这类特点其实是制约着过电压的幅值。另外，电力运行中回路损耗也会导致谐振过电压遇到一定的限制及阻尼。当然，若遇到回路电阻超过了标准数据的一定程度，不会发生较为厉害的铁磁谐振过电压问题。

3.2如果遇到相同的电源电势背景，铁磁谐振电路会有不同的稳定工作状态

不一样的外在环境的冲击会导致不一样的结果，不一样的工作状态一般会有与它配应的独特的工作状态。铁磁元件是否处于高度饱和状态对过电压的幅值也会产生一定的二线制作用。所以我们认为，一种稳定的电压工作状态不仅只局限于回路这个。电路最后应该达到或稳定在哪类状态则是要根据外界的冲击，察看过渡过程情况才能下结论的。

3.3结合H?A?Peterson对谐振区域的学术成果，我们认为遇到电力系统当中的相对地电容的容抗比电压互感器的单相绕组小的时候，尤其是额定电压下的对地感抗时，那么相应的回路参数就会比谐振的范围要大，就不会有铁磁谐振现象发生。

3.4抵偿回路电阻损耗以及铁磁谐振振荡的能量来源

这能量来源一般都是靠工频电源补足。有研究指出，分频谐振的电流一般在普通电流的230多倍及以上，而工频谐振电流一般是普通电流的50倍左右，但是高频谐振的电流却非常小。也就是说，在谐振当中，分频谐振的破坏率更高，若PT绝缘技术过关的话，高频及工频是不可能危及电力设备的安全。

4电力系统谐振消除策略

4.1将互感器高压侧中性点经高阻抗接地

电力系统运行过程中，可以将互感器高压侧中性点经高阻抗（零序互感器或可变电阻）接地。高压侧中性点在三相电压互感器中可以放置一台单相电压互感器的高压线圈。相应的低压线圈要利用三相电压互感器的低压侧中性点，以接到其接地回路当中来。一般情况下，三相电压互感器的中性点电位与零持平；若单相电压互感器内部无电流经过的话，则电力系统里面如果形成了一相接地，那么一般相的对地电压会增加0.68倍。所以有专家指出，要选那些和三相电压互感器变比相等的单相电压互感器。

4.2并接一个电阻R消耗能量限制谐振

我们的工程师建议，可以在余下的电压绕组开口处的三角端子位置并接一个电阻R，如果条件成熟可以安装专用消谐器。一般情况下，电网有序运行过程当中，开口的三角绕组端口有时候是没有电压的，假使能够在端口上接入电阻R，且电阻R是产生或使用能量的，那么即使系统因单相接地故障导致的中性点有位置出入，开口的三角绕组端口的普通电压也影响不大。而且R的消耗能量与谐振有相关性，即R值小，消耗能量多，限制谐振效果就显著。当然我们假定R=0，则电压互感器T型等值电路的二次侧会有短路现象发生。

4.3将电源变压器中性点经过消弧线圈接地

消弧线圈接地中遇中性点流经，它的电感值要小于互感器励磁电感，电容、电感的回路零序决定着振频率的大小。我们可以推出，互感器可能引发的谐振现象就会消除。比如，当35kV电力系统若发生谐振，可以用这样的方法来实践。当然，如果加了消弧线圈，系统里面还会出现故障或纵向不对称电压时，消弧线圈有可能同电力系统的电压、电容以及互感器励磁电间会有串联谐振的情况。

5结语

综上所述，我们觉得中性点可能不会直接影响着接地系统中的铁磁谐振过电压问题，也没有造成严重后果。但电力工作者还是需要防患于未燃，我们要积极采用电压互感器开口三角短接或电压互感器中性点经高阻抗接地等措施，我们要带着结合本系统的实际，结合系统的运行方式，在充分借鉴优质资料与经验的基础上，积极利用好的相关策略，促进电力系统谐振的消除。

参考文献

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