关于配电网络中的铁磁谐振问题

关于配电网络中的铁磁谐振问题

北京供电局 董振亚

谐振过电压事故是最为频繁的，在各种电压的电网中都会产生，在不少电网中会严重的影响安全运行。谐振过电压的持续时间长，一般可达十几秒以上，甚至长期存在，但是运行经验表明：只要我们能够正确掌握这种过电压的规律，认真做好预防工作，这种事故也是完全可以避免的。 谐振按其性质不同可以分成下列三种现象： (1)线性谐振 在线性的L—C串联回路中，如图l所示其回路电流I可用下式来表示：

当回路阻抗为零时，电流和压

降趋不动声色 穷大，此时在L和C上将出现非常高的过电压。 这个回

路本身的因有的自振频率 ，此式还可以改写成下式：

只要电路的自振频率之一与

电源的谐波频率之一相等，就将产生谐振。 (2)参数谐振 如电机与空载线路或串补装置相连，后者的电容与电机的变参数电感间构成特殊的

振荡回路，并有可能造成电机的自励磁，工频电压很快上升，这就是参数谐振过电压。 (3)铁磁谐振 当变压器、电机、电压互感器，消弧线圈和并联电抗等在励磁电流很大时，将会发生铁芯饱和，如与电容相连，则可能引起铁磁谐振现象。 在中性点不接地系统中，如果不考虑线路的有功损耗与相间电容；仅考虑PT的电感L与线路的对地电容CO当CO大到一定值时，PT不饱和时，XL＞Xc。，而当PT上加的电压大到一定数值时，PT的铁芯饱和Xl＜Xc。，这样就构成了谐振的条件。 谐振时

三相电压分别为：

上式表示当发生谐振时。即 时,则(5)式分母为0,EO值可以

无限大，但实际上由于回路的阻尼作用以及在电压升高过程中P、T铁芯将达到进一步饱和，从而限制了E。的升高。 (1)、 (2)、 (3)式中的谐振电压ε。(t)是一个正弦或余弦函数，在中性点不接地系统中它

的频率主要有基波谐振、高频谐扳和分次谐波谐振等几种谐振形式。基波谐振时两相电压升高，一相电压降低；高频谐振时为三相电压同时升高；而分频谐振时，也是两相电压同时升高。 通过实际试验证明：当发生谐振时，线电压波形与频率不会有明显的变化，但电源的相 电压与PT的电流耍超过额定值很多倍，如表3所示，这是造成P、T烧毁和

保险器不正常熔断的根本原因。

铁磁谐振的出现往往是由于下列几种激发条件所造成的： (1)电压互感器的突然投入； (2)线路发生单相接地； (3)系统运行方式的突然改变或电气设备的投、切； (4)系统负荷发生较大的波动； (5)电网频率的波动； (6)负荷的不平衡变化等。 PT引起的铁磁谐振必须由工频电源供给能量才能维持下去，如能抑制或消耗这部分能量，那么就可以抑制或消除谐振。 近年来，在全国电力系统中，由于电压互感器引起的铁磁谐振事故不断发生，以至保险熔断，甚至造成电压互感器烧毁，避雷器爆炸或系统停电事故，这种情况非常普遍，且后果确实十分严重。如四川省有一个35千伏系统发生铁磁谐振，当时相电压升高到48千伏造成避雷器爆炸。沈阳地区两个44千伏变电站内，六次铁磁谐振事故就烧毁电压互感器9台，吉林省有一地区某66千伏线路总长61公里，在瞬时单相接地故障消失后激发了谐振，使两台电压互感器烧坏。四川省

还发生过某110干伏变电站因主变中性点临时未接地而引起互感器谐振，同时烧毁了四台互感器和其它设备。东北某154千伏线路总长140公里，共有3组互感器，当切除中性点临时按地的变压器时，形成了中性点不接地的系统，发生谐震后使两个电厂的两台互感器和一个变电所的一台互感器烧毁。江苏某220千伏的主变中中性点临时不接地，造成互感器谐振过电压，引起主变内部放电烧坏，被迫停止了运行。在我国6—10千伏配电网内，发生互感器引起的谐振过电压的情况就更为频繁了，真是不计其数，又如北京地区有的变电站(包括10KV系统高压用户)一到雷雨季节，10千伏电压互感器保险的熔断情况频繁发生，电压互感器亦发生过损坏事故，还有一次北京毛家坟变电站铁磁谐振事故引起低周减载装置误动，使整个变电站七路配电出线同时掉闸造成大面积停电。也有的地区由于长时间铁磁谐振过电压，造成三相电压同时升高，线路的避雷器发生了爆炸和绝缘弱点发生击穿等严重事故。 为了解决这个问题，全国各地对此进行了大量的试验研究工作，曾对中性点非直接接地系统中分频谐振过电压提出了以下几点技术措施： (1)对35千伏及以上中性点经消弧线圈接地的高压电网；要合理布置消弧线圈，在运行操作中应避免出现中性点绝缘系统。 (2)选用励磁特性好，在最高线电压下，铁芯磁涌不易饱和的电压互感器。 (3)采用分频继电器，当发生谐振时自动将电压互感器两次侧开口三角经电阻将它短接。 (4)对l0千伏及以下配电网，可在电压互感器二次侧开口三角处长期并接200一500瓦 的白炽灯泡或分频继电器。 (5)l0千伏及以下高压用户电压互感器高压侧中性点不接地。 可是通过大量的运行实践证明：采用上

述这些技术措施，还不能完全防止铁磁谐振的发生，有的甚至还会造成电压互感器烧毁。因此，在华北电力试验研究所的帮助下，北京供电局也对此进行了几年的试验研究，并学习参考了其它单位的实践经验，本着因地制宜的原则，进一步采取了一些新的试验性的技术措施，已初步收到了成效，现分述于下： 1、在110千伏平谷变电站10千伏母线，试点采用华北电力学院杨以涵教授提出的零序电压互感器的方案，解决了该地区电压互感器烧毁和熔断器不正常熔断的情况。这种方案是由4台电压互感器组成，其中三台为主P T，一次侧接成星形，其中性点通过一台零序PT接地，主PT二次辅助线圈接成闭口三角形，而不接任何

仪表，其接线如2图所示。

另序PT

二次侧在额定正常电压下有1．6伏的不平衡电压，如一次侧发生单相接地，零序PT二次侧两端(a。’x。’)呈现出电压为57．7伏。电压互感器一次侧线圈在额定电压下正常工作时，其二次侧电压为100伏，

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