中低压电网谐振过电压的产生及限制措施

2012-10-20河南立新监理咨询有限公司电力设计事业部张清杰李维广

河南科技 2012年6期

关键词：弧线中性点过电压

河南立新监理咨询有限公司电力设计事业部张清杰李维广张华

中低压电网谐振过电压的产生及限制措施

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一、谐振过电压的产生原因

在对电力系统进行操作或当电力系统发生故障时，电力系统中的一些电感、电容元件会形成各种振荡回路，在一定条件下会产生串联谐振现象，从而导致系统的某些元件出现严重的过电压。

1.铁磁谐振产生的过电压。即由带铁芯的电感元件（如空载变压器、电压互感器）和系统的电容元件组成的谐振回路，因铁芯电感元件的饱和，使回路的电感参数呈非线性变化，这种含有非线性电感元件的回路在满足一定的条件时，就会产生振荡，从而产生过电压。

2.线性谐振产生的过电压。即由不带铁芯的电感元件（如输电线路的电感、变压器的漏感等）或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件（如消弧线圈等）及系统中的电容元件形成的谐振回路，在一定条件下发生谐振所产生的过电压。

3.参数谐振产生的过电压。即由电感参数作周期性变化的电感元件（如凸极发电机的同步电抗）和系统电容元件（如空载线路）组成回路，当参数配合满足一定的条件时，通过电感的周期性变化，不断向谐振系统输送能量，从而产生参数谐振过电压。

二、限制谐振过电压的常用措施

1.限制谐振过电压的常用措施。一是提高开关动作的同期性，保证断路器三相同期，防止出现非全相运行；二是在中性点加装消弧线圈或接地电阻，或在并联高压电抗器加装小电抗；三是选用伏安特性高、铁芯不易饱和的电磁式电压互感器或电容式电压互感器，以及采用接消谐电阻。

2.针对第二种手段实施自动调谐接地补偿装置。自动调谐接地补偿装置是通过微机控制、过电压技术和开关控制技术对电路进行调节，从而限制过电压的产生。自动调谐接地补偿装置的主流产品为微机型调匝式，该装置主要是由电动式消弧线圈、接地变压器、阻尼电阻、中性点专用互感器和非线性电阻5个部分组成。自动调谐接地补偿装置的补偿方式有过补偿运行、全补偿运行及欠补偿运行等，可以满足电网运行的不同要求。

自动调谐接地补偿装置中接地变压器作为消弧线圈接入的人工中性点，可以兼作站用变压器使用。运行中，消弧线圈产生的电流通过有载调压开关调节。即运行中，装置通过测量位移电压和中性点电流、电压的大小及相位等，自动进行计算、判断、并发出指令；同时，根据系统参数的变化自动调节消弧线圈的分接头，使之到达最佳位置。

自动调谐接地补偿装置不仅可以显示电容电流、电感电流、残流和位移电压等实时数据，还能进行追忆、报警、自动打印和信号远送、自动跟踪、调谐等。采用自动调谐接地补偿装置以实现危机的远程控制，达到无人值班或少人值班变电站的要求。

行业规范《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中规定：“消弧线圈接地系统，在正常运行情况下，中性点的长时间电压位移不应超过系统标称相电压的15%，消弧线圈宜采用过补偿运行方式”。因此，可以在弧线圈的一次回路中串入较大功率的阻尼电阻器件，使自动调谐功能的接地补偿装置能够实现全补偿运行，并将中性点谐振过电压的幅值降低到相电压的5% ～ 10%。其原理为：当电容电流与消弧线圈工作电流大致相等时，实现全补偿，将中性点电压限制在允许值以下。所以，可以通过调节自动调谐接地补偿装置中的阻尼电阻，增大或减小阻尼电阻的阻尼率，来达到预期的目标。其工作原理如下式所示：

式（1）中，Uo为中性点上的位移电压，Ubd为电网中的不对称电压，v为消弧线圈的脱谐率，v ＝[（IC–IL）/ IC]×100%，d为阻尼率。

由式（1）可知，中性点位移电压与电网的不对称电压成正比，与消弧线圈的脱谐率成反比，当电力系统形成后电网不对称电压基本是个定值.为了能够有效地在系统发生单相接地时抑制弧光过电压的产生，消弧线圈的脱谐率要求在±5%以内，这样，只有改变阻尼率，才能有效地改变位移电压。所以，必须在消弧线圈回路串入电阻，以达到限制中性点位移电压的要求。同时，采用非线性电阻对欠补偿运行方式下的断线过电压和传递过电压也有明显的抑制作用。在我国当前中低压电网系统中，中性点不对称电压已经较少，需要采用特制的中性点专用互感器，来提高检测的灵敏度。

自动调谐接地补偿装置中的消弧线圈采用有载调匝式调节方式，能够实现远方电动或自动操作，分接头数一般在9个以上，扩展了调流范围，克服了以往老式消弧线圈不能自动调节分接头的缺点，使消弧线圈能够达到最小的脱谐度。同时，配有有载开关的消弧线圈在微机的控制下，能够在不停电的情况下调节开关，满足系统在不接地状态下的正常切换，安全、有效、可靠，调谐时消弧线圈不退出运行，克服了老式线圈调谐时消弧线圈需退出运行的缺点。