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談電網(wǎng)諧振過(guò)電壓的限制方法
摘要：電力供電系統(tǒng)或者說(shuō)在電力供電電網(wǎng)上，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。
關(guān)鍵詞：電網(wǎng)諧振 諧振過(guò)電壓 操作過(guò)電壓 雷電過(guò)電壓 限制方法
電力供電系統(tǒng)或者說(shuō)在電力供電電網(wǎng)上，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，以避免形成嚴(yán)重的串聯(lián)諧振回路；或采取適當(dāng)?shù)姆乐怪C振的措施。
在電力生產(chǎn)和電力運(yùn)行的中低壓電網(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)，制訂防振和消振的對(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�。ㄏC）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、TV高壓中性點(diǎn)增設(shè)電阻或單只TV等，但始終沒(méi)有從根本上得到解決，TV 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。
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。
目前新型消弧線(xiàn)圈大部分采用有載調(diào)匝式調(diào)節(jié)方式，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)，因此，建議目前需要改造的老式消弧線(xiàn)圈采用新型自動(dòng)調(diào)諧消弧線(xiàn)圈方式。
自動(dòng)調(diào)諧接地補(bǔ)償裝置, 是將變柜改造為變兼接地變柜，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。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)；以適應(yīng)佳山變無(wú)人值班的需要。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。戶(hù)外設(shè)備與柜內(nèi)設(shè)備用電纜連接。
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)TV 時(shí)，只在某一臺(tái)TV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，TV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TV 燒毀、熔絲熔斷；有了消弧線(xiàn)圈后，電容對(duì)小感抗放電，TV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)電壓具有很好的限制作用，能夠徹底解決此類(lèi)問(wèn)題。
參考文獻(xiàn)：
[1]陳維賢.內(nèi)部過(guò)電壓基礎(chǔ)[M].北京:電力工業(yè)出版社.1996.25-29.
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