浅析电网谐振过电压及其抑制

买　亮

摘要：电网过电压现象非常普遍，针对谐振过电压的产生机理提出了一系列对策，能有效减少谐振过电压的产生，避免因此造成的电网危害，降低电力维护费用，并且提出了无人值守变电所的构思。

关键词：电网过电压谐振抑制变压器自动调谐

0引言

电网中的过电压现象十分普遍，随时都可能致使电力设施损毁、区域性停电，造成巨大经济损失。根据引起电网过电压的原因，主要可将它分为谐振过电压、操作过电压和雷电过电压。其中，谐振过电压在正常运行操作中出现最为频繁，其危害性也较大。过电压一旦产生，往往造成电气设备的损坏和大面积的停电事故。多年来电力生产运行的记载和事故分析表明，中低压电网中过电压事故大多数都是由谐振现象所引起的。由于谐振过电压作用时间较长，引起谐振现象的原因又很多，因此在选择保护措施方面造成很大的困难。

1针对各种不同类型谐振的性质与特点，制订防振和消振的对策与措施

为了尽可能地防止谐振过电压的发生，在设计和操作电网设备时，应进行必要的估算和安排，以避免形成严重的串联谐振回路，或采取适当的防止谐振的措施。在电力生产和电力运行的中低压电网中，故障的形式和对应的解决方式是多种多样的，谐振性质也各不相同。因此，应该针对各种不同类型谐振的性质与特点，制订防振和消振的对策与措施。目前，我国35kV及以下配电网仍大部分采用中性点不接地方式运行，一部分采用老式的消弧(消谐)线圈接地。从电网的运行实践证明，中性点不接地系统中，一方面由于电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振过电压比较多，尽管采取了不少限制谐振过电压的措施，如消谐灯、消谐器、TV高压中性点增设电阻或单只TV等，但始终没有从根本上解决问题。TV烧毁、熔丝熔断仍不断发生；另一方面，由于中性点不接地运行方式的主要特点是单相接地后，允许维持一定的时间(一般为2h)不致于引起用户断电，但随着中低压电网的扩大、出线回路数增多、线路增长、中低压电网对地电容电流亦大幅度增加，单相接地时接地电弧不能自动熄灭，必然产生电弧过电压，一般为3－5倍相电压甚至更高，致使电网中绝缘薄弱的地方放电击穿，并会发展为相间短路进而造成设备损坏和停电事故。而采用老式消弧线圈接地方式的系统由于结构的限制，只能运行在过补偿状态，不能处在全补偿状态，所以脱谐度整定的比较大，约在20％－30％，对弧光过电压无抑制效果，并需要手动调节分接头，然而此时却不能随电网对地电容电流的变化及时将电压调整到最佳的工作位置，影响功能发挥，也不适应无人值守变电所的需要。因此，我们可以采用自动调谐接地补偿装置，通过过补、全补和欠补的运行方式，来较好地解决此类问题。目前自动调谐接地补偿装置主要是由五大部分组成：接地变压器、电动式消弧线圈、微机控制部分、阻尼电阻部分、中性点专用互感器和非线性电阻。接地变压器是作为人工中性点接入消弧线圈。消弧线圈电流通过有载开关调节并实现远程自动控制，采用即时调节方式，即在正常运行方式情况下，根据电网参数的变化而随时调节消弧线圈的分接头到最佳位置。自动跟踪和自动调谐利用微机控制器实现。通过测量位移电压为主和中性点电流与电压之间的相位，能够准确的计算、判断、发出指令自动进行调整，显示有关参数，如电容电流、电感电流、残流和位移电压等，还能追忆、报警、自动打印和信号远送，满足无人值守变电所的需要。

自动调谐接地补偿装置能够实现全补偿运行或产生很小的脱谐度，主要是由于在消弧线圈的一次回路中串入了大功率的阻尼电阻，降低中性点谐振过电压的幅值使之达到相电压的5％－10％，因为如果当系统的电容电流与消弧线圈工作电流相等时，即在谐振时中性点电压限制在允许值以下，这样就可实现全补偿方式。这是残流为最小的最佳工作方式。接地时残流很小，不会引起弧光过电压。所以，可在消弧线圈的一次回路中串入大功率的阻尼电阻，增大阻尼率。消弧线圈的脱谐率与电压及电网的阻尼率有关，当电网形成后其不对称电压基本是个固定值，消弧线圈为保证在单相接地时有效地抑制弧光过电压的产生，要求脱谐率达到±5％以内。那么只有改变阻尼率，才能改变位移电。因此应当在消弧线圈回路串入电阻，保证阻尼率，控制中性点位移电压。在低压电网中由于中性点不对称电压很小，为提高测量精度，采用特制的中性点专用互感器，提高检测灵敏度。非线性电阻的采用对欠补偿下的断线过电压和传递过电压都有明显的抑制作用。消弧线圈接入系统必须要有电源中性点，在其中性点上接入消弧线圈。当发生单相接地时，流过变压器的三相同方向的零序磁通，经过油箱壁绝缘油及空气等介质形成的闭合回路，在油箱铁心等处会产生附加的损耗，这种损耗是不均匀的，必然要形成局部过热，进而影响变压器的正常运行及其使用寿命。所以接入此类接地变压器的消弧线圈的容量不应超过变压器容量的20％，为满足消弧线圈接地补偿的需要，同时也满足动力与照明混合负载的需要，可采用Z型接线的变压器即ZN连接的变压器。由于变压器高压侧采用Z型接线，每相绕组由两段组成，并分别位于不同相的铁心柱上，两段线圈反极性相连，零序阻抗非常小，空载损耗低，变压器容录可以100％被利用，并能够调节电网的不对称电压，由此可见，Z型接线的变压器作为接地变压器是一种比较好的选择。目前新型消弧线圈大部分采用有载调匝调压方式，调节分接头数一般均大于9，加宽了调流范围，以便能够达到最小的脱谐度，配有有载开关并可以远方电动或自动操作，有载开关在预调方式下工作，即正常调谐是在系统不接地状态下切换，安全可靠。消弧线圈调谐是由微机控制器自动控制的，调谐时消弧线圈不需退出运行，克服了老式线圈的一些缺点。因此建议目前需要改造的老式消弧线圈采用新型自动调谐消弧线圈方式。自动调谐接地补偿装置，是将变柜改造为变兼接地变柜，加装开关二组、电流互感器二组及相应二次保护，接地变、消弧线圈为户外布置。消弧线圈选用有载调匝调节方式。调节档位应大于9个以上，以便能够达到最小的脱谐度。正常运行采用过补偿方式，消弧线圈接地回路串接阻尼电阻，以限制中性点电压，保证脱谐度及中性点的位移电压在限制范围内(脱谐度控制在5％以内，消弧线圈的位移电压不大于相电压的15％，故障点残流不大于5A为宜)，控制部分采用微机控制自动消谐装置进行自动补偿，能自动检测电网对地电容参数的变化。自动或手动调整消弧线圈的分接头，使其运行在最佳的工作点，保证残流能降低到可靠熄弧的程度，并能远程遥控、遥信、遥测和遥调，以适应变电所无人值守的需要。接地变选用零序阻抗低的ZN／YN接线方式，并能够调节电网的不对称电压。户外设备与柜内设备用电缆连接。对由电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振过电压的限制目前虽然可采取多种方式，取得了一些效果，但都不够理想。有的装了消谐器还是产生了谐振过电压，这是由于铁磁谐振过电压本身是一个非线性量，比较复杂。分频谐振有1／2、1／3、1／6及1／8等，高频谐振有2、3次，还有工频谐振，有时几种谐振同时发生，消谐器不能有效的限制。而且在系统有多台TV时，只在某一台TV的开口三角上装消谐器是很难奏效的，必须要使系统参数发生较大的变化才能将谐振过电压抑制住。如果在系统的中性点上接入消弧线圈，破坏它的谐振条件，就能够比较有效地抑制谐振过电压的产生。其原理也很简单，TV的励磁感抗比较大(千欧至兆欧级)，而消弧线圈的感抗比较小(百欧级)，这样就很难满足谐振条件，谐振就不会发生。另一方面，若无消弧线圈，单相接地发生间歇性电弧时，电容上多次充放电造成TV烧毁、熔丝熔断；加上消弧线圈后，电容对小感抗放电，TV中电流就很小，不会烧毁了。所以在中性点接入消弧线圈，对于由电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振过电压具有很好的抑制作用。