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諧振過電壓產(chǎn)生及防止措施
一、釋義
諧振是一種穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，因此，電力系統(tǒng)中的諧振過電壓不僅會(huì)在操作或事故時(shí)的過渡過程中產(chǎn)生，而且還可能在過渡過程結(jié)束后較長時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定存在，直到發(fā)生新的操作諧振條件受到破壞為止。所以諧振過電壓的持續(xù)時(shí)間要比操作過電壓長得多，這種過電壓一旦發(fā)生，往往會(huì)造成嚴(yán)重后果。諧振過電壓可在各種電壓等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生，尤其在35kV及以下的電網(wǎng)中，由諧振造成的事故較多，已成為系統(tǒng)內(nèi)普遍關(guān)注的問題。因此，必須在設(shè)計(jì)時(shí)事先進(jìn)行必要的計(jì)算和安排，或者采取一定附加措施（如裝設(shè)阻尼電阻等），避免形成不利的諧振回路，在日常工作中合理操作防止諧振的產(chǎn)生，降低諧振過電壓幅值和及時(shí)消除諧振。在6~35kV系統(tǒng)操作或故障情況下，系統(tǒng)振蕩回路中往往由于變壓器、電壓互感器、消弧線圈等鐵芯電感的磁路飽和作用而激發(fā)起持續(xù)性的較高幅值的鐵磁諧振過電壓。
35kV及以下配電網(wǎng)采取中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地方式；110kV及以上配電網(wǎng)采取中性點(diǎn)直接接地方式。過電壓種類多，主要有諧振、雷電和操作過電壓；其中諧振過電壓較常見，作用時(shí)間長、次數(shù)頻繁、危害大，須采取措施預(yù)防。
諧振過電壓指電力系統(tǒng)中一些電感、電容元件在系統(tǒng)進(jìn)行操作或發(fā)生故障時(shí)可形成各種振蕩回路，在一定的能源作用下，會(huì)產(chǎn)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)某些元件出現(xiàn)嚴(yán)重的過電壓。
二、諧振過電壓產(chǎn)生原因
電網(wǎng)運(yùn)行中，正常時(shí)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)PT鐵芯飽和易引起諧振過電壓；中性點(diǎn)不接地方式發(fā)生單相故障可引起諧振過電壓。運(yùn)維人員操作或事故處理方法不當(dāng)亦會(huì)產(chǎn)生諧振過電壓。另外設(shè)備設(shè)計(jì)選型、參數(shù)不匹配也是諧振過電壓產(chǎn)生原因。
諧振過電壓對(duì)電網(wǎng)造成危害極大，諸如造成電壓互感器熔絲熔斷、電壓互感器燒毀、電網(wǎng)設(shè)備絕緣損毀，甚至造成相間短路、保護(hù)裝置誤動(dòng)作等。
操作過電壓和諧振過電壓的區(qū)別：
操作過電壓和諧振過電壓都屬于內(nèi)部過電壓。
操作過電壓，顧名思義，是操作高電壓大電感-電容元件（比如合/分空載長線路、變壓器、并聯(lián)電容器、高壓感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等）以及故障線路跳閘/重合閘等產(chǎn)生的過度過程。防止操作過電壓的措施根據(jù)操作的對(duì)象不同而有所不同，一般采用重?fù)舸└怕实偷臄嗦菲骰蛟O(shè)置金屬氧化物避雷器限制操作過電壓。
諧振過電壓，因系統(tǒng)的電感、電容參數(shù)配合不當(dāng)而引起的各類諧振現(xiàn)象及電壓升高。所以防止諧振過電壓的措施即破壞諧振條件，使參數(shù)配合避開諧振區(qū)，需要對(duì)系統(tǒng)有整體的參數(shù)預(yù)測，從而調(diào)整電網(wǎng)參數(shù)。
三、分類
(1) 線性諧振過電壓：諧振回路由不帶鐵芯的電感元件(如輸電線路的電感,變壓器的漏感)或勵(lì)磁特性接近線性的帶鐵芯的電感元件(如消弧線圈)和系統(tǒng)中的電容元件所組成。
(2) 鐵磁諧振過電壓：諧振回路由帶鐵芯的電感元件(如空載變壓器、電壓互感器)和系統(tǒng)的電容元件組成。因鐵芯電感元件的飽和現(xiàn)象，使回路的電感參數(shù)是非線性的，這種含有非線性電感元件的回路在滿足一定的諧振條件時(shí)，會(huì)產(chǎn)生鐵磁諧振。
(3) 參數(shù)諧振過電壓：由電感參數(shù)作周期性變化的電感元件(如凸極發(fā)電機(jī)的同步電抗在Xd ～ Xq間周期變化)和系統(tǒng)電容元件(如空載線路)組成回路，當(dāng)參數(shù)配合時(shí)，通過電感的周期性變化，不斷向諧振系統(tǒng)輸送能量，造成參數(shù)諧振過電壓。
（4）中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的諧振分基波諧振、高頻諧振和分頻諧振三種，諧振一般由接地和激發(fā)產(chǎn)生，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)向僅帶有電壓互感器的空母線突然充電時(shí)易產(chǎn)生基波諧振;當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)易產(chǎn)生分頻諧振，特別是單相接地突然消失(如拉路)時(shí)易激發(fā)諧振。發(fā)生諧振時(shí)，相間電壓不變，電壓互感三角會(huì)出現(xiàn)諧振頻率電壓，中央信號(hào)會(huì)報(bào)“系統(tǒng)單相接地”信號(hào)，若不仔細(xì)分析其電壓變化，會(huì)誤認(rèn)為是系統(tǒng)單相接地故障，對(duì)于沒有裝設(shè)消弧線圈的變電站，快速消除諧振更為重要，下面對(duì)三種諧振現(xiàn)象進(jìn)行一一分析：
a、基波諧振：發(fā)生基波諧振時(shí)，相對(duì)地電壓有以下兩種現(xiàn)象：
1) 一相電壓下降(不為零)，兩相電壓升高超過線電壓或電壓表頂表；
2) 兩相電壓下降(不為零)，一相電壓升高或電壓表頂表；
其相對(duì)地電壓的過電壓小于或等于3倍相電壓。
b、高頻諧振：發(fā)生高頻諧振時(shí)，其相對(duì)地電壓的過電壓小于或等于4倍相電壓，三相對(duì)地電壓一起升高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過線電壓或電壓表頂表。
c、分頻諧振：發(fā)生分頻諧振時(shí)，三相對(duì)地電壓依相序次序輪流升高或同時(shí)升高，并在(1.2~1.4)倍相電壓間做低頻擺動(dòng)，大約每秒一次。
四、防止中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)發(fā)生諧振過電壓的措
（1）對(duì)中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)，當(dāng)斷線電源側(cè)永久接地時(shí)，為使過電壓不超過一定值，要求線路正序電容與接于線路上變壓器勵(lì)磁電抗之比不小于25。
（2）對(duì)電磁式電壓互感器的開口三角形接線繞組中加裝電阻，使Ｒ≤0.4ＸT，ＸT為互感器在線電壓下單相換算至輔助繞組的勵(lì)磁電抗。
（3）選擇消弧線圈位置時(shí)，盡量避免電網(wǎng)中一部分失去消弧線圈的可能性。
（4）采取臨時(shí)倒閘措施，如投入事先規(guī)定的某些線路或設(shè)備。
當(dāng)用母線向空母線充電時(shí)發(fā)生諧振，應(yīng)立即拉開母聯(lián)斷路器使母線停電，從而消除諧振。送電時(shí)，防止諧振發(fā)生的辦法是：采用線路和母線一起充電的方式或者對(duì)母線充電前退出電壓互感器，充電正常后再投入電壓互感器。當(dāng)變壓器向接有電壓互感器的空載母線合閘充電時(shí)，在可能條件下，應(yīng)將變壓器中性點(diǎn)接地或經(jīng)消弧線圈接地。其目的是防止由于電磁場和電場參數(shù)的偶合，即避免在回路中，使感抗等于容抗，發(fā)生串聯(lián)諧振，從而使諧振過電壓引起電氣設(shè)備損壞。