110KV母线系统谐振过电压的处理方式与对策研究——电力论文

    电力系统中包含有许多电感、电容元件，它们的组合可以构成一系列不同的振荡回路，当开关操作或发生故障时，这些组合回路可能与外加电源产生谐振现象，并导致在系统的某些元件上出现过电压[1]。由于谐振是一种稳态现象，持续时问较长，这种过电压一旦发生，往往会造成严重后果，如对电器设备的绝缘造成破坏，产生过电流而烧毁设备等，严重威胁着系统的安全运行[2]。因此，应该采用合理的处理方式来限制谐振过电压的出现并在过电压状况出现时及时给与解决。      

1. 110KV母线系统过电压现象

图为110 KV母线系统主接线图，在图中我们可以看到，图中并没有装设123断路器，而是用120代替了123来运行。

    在对110KV线路进行检修时，工作人员将四个断路器一起断开，即120、121、1201以及1204，虽然全部断开后主变还是在带电运行，但是没过多久，110KV线路开始起火，并且大火将整套装置全部烧毁了。之后，某次工作人员将断路器120转冷，留着下次用时，之后又断开了121以及120断路器，从而导致保护装置再次起火，而此时记录的开口三角电压峰值为412V以及306V，根据这些数据可以知道，110 KV母线出现了谐振，从而导致开口三角电压太大，引发保护装置着火。

2. 现场测试

（1）在进行现场测试时，将断路器120替代断路器123，将断路器120与121分别进行冷备用和热备用。此时110KV母线显示的三相电压为130KV，其余两个都为60KV。此时，开口三角电压显示的是210V，将一个200 电阻与开口三角合并在一起，起不到消谐的效果。再次返回操作，将断路器120替代断路器123，将断路器120与121分别进行热备用和冷备用。此时110KV母线显示的三相电压为29KV，开后三角还是没有电压输出。

（2）如图2所示，图为 母线系统的等值电路图，主要是用来对其参数进行测定。此时，得到结果C= 900pF，C1+ C3= 540pF，C2+ C3=1650pF 。可见C2明显要比C1大，其原因就在于断路器1201与120有电流互感器。电压互感器的伏安特性的相关数据可见表2。

图2  等值电路图

表3  电压互感器伏安特性

3. 故障状态分析

    当断路器120与121分别处于热备用以及冷备用时，此时110 KV母线容抗是Xc2+c3 = 1. 93 M，此时母线PT与在一定的电压的范围内显示的感抗8 M，差距比较明显，不可能产生谐振。

    但是当断路器120与121分别处于冷备用以及热备用时，此时110 KV母线容抗Xc1十c3 = 5. 89 M，此时母线PT与确定电压的范围内显示的感抗8 M差距比较小。此时系统在进行倒闸的过程中会有工频过电压出现，导致PT铁芯达到饱和的状态，此时抗感XL变小，当XL = Xcl+c3 = 5.89 M，就会有谐振产生，并且121断路器的均压电容不断供给消耗的能量，从而导致谐振一直持续不断。

4. 过电压产生的原因

图4  过电压回路原理图

    如图4所示，图为过电压回路原理图。通过上述操作以及过电压的状况来看，导致过电压产生的现象的原因是由于谐振造成的。

    由图我们可以发现，图中断路器使用的是均压电容，在电路器156在闭合两侧用来隔离的开关时，由于其中夹杂了不利的参数，电磁式TV的某一相或者某几项的铁芯在达到饱和状态时，会导致电流以及电压波形发生变形，从而使得谐波出现。之后又与电路以及均压电容产生谐振回路，从而导致过电压的出现，如果长时间处在过电压的状态，有可能会导致设备出现损坏。

    当系统处在正常的运行中时，此时ωL>1/ω C处在感性的工作状态，电路不可能出现谐振。但是，一旦铁芯两侧的电压出现稍微的上升时，电感线圈内部出现涌流，可能使得铁达到饱和的状态，使得感抗变得越来越小，使得ωL=1/ω C，从而导致谐振的出现。谐振过电压如果是在电感以及电容的两端产生，那么其表现形式单相、两相或者三相，或者是通过基波、高次谐波以及分次谐波谐振导致对地电压升高。其实，铁磁元件处在饱和状态的话，可以对电压幅值起到限制的作用，此外回路损耗也可以对谐振过电压起到抑制的作用。同时，当回路电阻达到一定的数值时，就不会出现铁磁谐振过电压状况。因此，电力系统中铁磁谐振过电压往往仅发生在变压器空载或轻载时[3]。

5. 采取的具体措施

5. 1改变线路参数

电磁式TV导致谐振过电压，对抑制谐振过电压起到抑制作用的措施主要由以下几个方面进行：

（1）通过在电磁式TV中的开口三角形添加阻尼电阻来改变线路的参数，从而起到阻止谐振过电压；

（2）可以采用某些倒闸措施，比如事先就将某些线路或者设备投入，从而达到改变线路的参数的目的，从而实现预期的目的[4]；

（3）针对Y0接线，可以在三相电磁式TV中安装消谐器，以达到改变参数线路的目的。

5. 2改变操作顺序

    （1）通过分析我们可以知道，均压电容是导致谐振产生的重要原因，将均压电容取消，可以有效地消除谐振。但是，这样做的后果就是会导致断路器的容量下降，特别是出现短路时，会影响断路器灭弧。因此，在取掉均压电容之前，一定要进行详细地计算，需要在满足断路器容量的条件下再进行操作。

   （2）改变操作顺序或运行方式以避开不利的谐振点。如先退出母线电压互感器，使电容电感回路参数发生变化，破坏谐振条件，从而消除谐振；通过遵照合理的操作方式，改变运行方式可以有效地远离谐振点。比如可以将母线电压互感器退出，从而达到改变参数的目的，最终阻止谐振的出现。合理的操作顺序，比如可以在停电时先将断路器121转成冷备用，再对断路器120进行其他操作。待通电后，先将断路器转成热备用，再对断路器121进行相关操作。

    （3）可以将母线与1800 pF的电容器合并在一起使用，还可以通过改变相互间隔的电流互感器的位置来加大母线对地电容，从而实现消谐的目的。

    通过实践我们发现，通过改变操作顺序是最经济、最实用，也是最为简单、效率极高的方法，应该大力推广，加以利用。

6. 结语

    通过采用以上措施，谐振过电流状况在没出现。通过此次对110KV母线系统谐振过电压的处理，我们认识到，110KV系统谐振的发生是一个动态过程，简单地从系统接线及设备静态参数来分析是不够的，有实践证明，运用35 kV系统消除铁磁谐振的方法(如PT二次侧并联电阻)也是无效的[5]。产生谐振过电流的原因还有很多，需要采用很多措施，考虑电网的结构特点以及相关设备等条件，对产生谐振的现状进行分析，从而有效地抑制谐振过电压的出现，保障电力系统的运行。