750kV系统谐振过电压及其解决措施

杨炯

【摘 要】本文针对750kV系统的特点，分析了分频谐振过电压、工频谐振过电压及高频谐振过电压，并提出了解决措施

【关键词】750kV系统；谐振过电压；解决措施

0 引言

750kV系统中，由于变压器的中性点直接接地，中性点电位是基本固定，所以不会像较低电压等级所发生的电压互感器饱和引起的谐振过电压。但是，由于750kV系统传输距离长、电压高、电容电流大，往往装有并联电抗器和串联电容器，因而增加了产生谐振过电压的可能。主要表现有串、并联补偿网络的分频谐振，空载线路合闸于发电机变压器组时引发的高频谐振以及断路器非全相切合并联电抗器时的工频传递谐振等。

1 分频谐振过电压

分（低）频谐振过电压通常发生在有串联补偿网络中，如图1所示。

（a）接线图 （b）等值电路

图 1串补网中的分频谐振回路

在简单的铁磁谐振回路中就可能产生各种不同分频谐振，但试验研究表明，在750kV系统中，最常见的是1/3次或更低频率谐振。分频谐振不能自激，而要经过一定的冲击（激发）才能建立起稳定的谐振。也即在串联谐振回路合闸以后1/3次分频谐振的建立过程，是产生强烈的过渡过程，在衰减过程中使回路的自振频率逐步下降，最后建立起稳定的l/3次分频谐振。

如图1（a）电路所示，如果在并联电抗器之后线路发生故障，断路器QF切除故障后，由串联补偿电容器与并联电抗器形成串联铁磁谐振回路，其等值电路图如图1（b）所示。而激发分频谐振所需的冲击是断路器QF的开断。国内外的一些试验表明，为了限制谐振的持续时间，当发生谐振而使串联补偿退出运行时，应在QF回路中串一只电阻，以便起到足够的阻尼作用。为了消除l/3次的分频谐振，可估计这R≈WL/2。实验和运行表明，如将三相电抗器的中性点经l00欧左右的电阻接地，亦可起到消除1/3次分频谐振的作用。

除了串补会产生分频谐振外，在750kV系统中采用电容式电压互感器（CVT）也可能会产生分（低）频谐振过电压。在750kV系统已采用CVT，它可避免系统中某些谐振过电压，但是该设备本身就是一个谐振回路，即二次电压互感器（空载）与分压电容之间形成的谐振回路。试验表明在电容式电压互感器回路中可能产生1/3次分频谐振。

为了消除在电容式电压互感器回路中可能产生1/3次分频谐振，可在二次回路中接入一只电阻加以阻尼，当发生l/3次谐波时，该电阻自动投入。

2 工频谐振过电压

750kV系统的工频过电压，主要是由空载长线线路的电容效应、不对称效应和甩负荷时的发电机超速及电势升高所引起的。它的幅值与线路长度、电网结构、电源容量、系统运行方式以及故障形态和操作方法有关。750kV输电线路一般很长，空载线路的主要参数是导线对地电容和相间电容，回路流过的容性电流在电感上的压降提高了电容电压，使线路上的电压高于电源电压，线路愈长，终端的电压愈高，这种现象称为电容效应。输电线路发生不对称短路故障时，短路电流的零序分量能进一步提高健全相的工频电压。此外，输电线路突然甩负荷，根据磁链不变原理，发电机直轴暂态电势维持原有带负荷时的较大数值，转速升高，加上线路的助磁作用，将会引起较高的工频过电压。

电网结构对工频过电压的影响很大，根据国外多年连续的电压自动记录和应用数理统计法分析，证明在750kV电力系统发展过程中，工频过电压会逐步降低。除了上述因系统上的原因外，因非全相操作而引起的工频过电压也是常见的一种.图2所示并联电抗器非全相操作的典型电路。图中线路末端接有并联电抗器XR，线路首端断路器两相（B、C）闭合，一相（A）断开。这种情况可能发生在正常的分、合闸的过程中，也可能发生在单相自动重合闸的过程中。由于B、C相电压通过相间电容C12的耦合作用，在断开相A相产生工频电容传递电压，并且由于电抗器的存在，当参数配合不当时，构成谐振回路，在故障相（或断开相）A相出现较高的工频谐振过电压，以致造成并联电抗器的绝缘事故。

图2 所示并联电抗器非全相运行

分析和实测表明。在电抗器中性点接入小电抗，只要参数选择适当，可以有效地避免工频谐振，降低断开相的工频传递过电压。例如我国第一条线路在调试过程中，由于一相拒动，在升到55kV时，测得拒动相上线路电压达到4.23倍。当并联电抗器中性点改为经小电抗接地后，谐振现象不再出现。

静止无功补偿（SVC）技术可提高输电线路潮流流向的控制能力和输送能力，如加拿大在魁北克的735kV输电线路安装SVC设备。运行证明SVC对限制工频过电压，提高线路输送能力，确实优于常规并联电抗器。

3 高频谐振过电压

在750kV电力系统中产生高频铁磁谐振过电压的典型接线如图3（a）所示。图中表示发电机变压器组带一条空载长线路，在线路投入或切除时都可能出现这种运行方式。图3（b）给出了这种接线的等值电路，图中C是对地电容，L1、L2为包括发电机变压器漏感及线路电感在内的线性电感，Lm是变压器的励磁电感，Rt、Rz为电源及线路的等值电阻。这种回路可能产生偶次和奇次的高频谐振。

因L1、L2远小于Lm。

回路的线性部分的谐振角频率为：

ω■=1/■（1）

由于Lm具有非线性特性，如果ω0等于或接近某高次谐波角频率nω，则可能发生n次高频谐振。

综上所述，在图3（a）的系统接线中产生高次谐波振荡，除满足一般的铁磁谐振条件外，还需满足以下参数条件：

（1）系统的ω0必须接近nω；

（2）线路首端的输入阻抗必须是容性的。

在实际系统中，最易产生高次谐波谐振的是二次、三次和五次谐波。因变压器绕组中大多有～个三角形连接的方式，它对三次谐波相当于是短路，因此生成三次谐波是不可能的。五次或更高次谐波因电路中存在各种（电晕损耗、等值损耗）损耗，它随顿率的增加而增加，起到抑制振荡的作用。

（a）接线图 （b）等值电路

图3 发电机变压器组带有空载长线路的接线及等值电路

4 总结

分析和实测表明。只要措施运用得当，可以有效地避免750kV谐振过电压。

【参考文献】

[1]解广润.过电压及保护[M].北京：电力工业出版社，1980.

[2]陈维贤.电网过电压教程[M].北京：电力工业出版社，1996.

[责任编辑：杨玉洁]