谐振的产生和各种消谐措施分析

一.谐振的产生

谐振是电场能量(电容)和磁场能量(电感)不断交换的结果,当两者能量相同时,能量交换达到最大值,从外界看这时电压(并联谐振时)或电流(串联谐振时)会达到很高的值。在高压回路中,由于线路等电气设备对地存在分布电容,再加上电压互感器之类的非线性铁磁元件电感的存在,当系统电压发生扰动,有很大的可能会激发谐振,由于铁磁元件的非线性,这一谐振会进一步增大,使对地产生很高的过电压,这个谐振在电力系统中叫铁磁谐振,当然在中性点接地系统中不存在铁磁谐振。微机消谐器可以通过电压互感器的二次电压判断系统是否存在铁磁谐振,如谐振存在,则自动接入消谐电阻,破坏谐振的状态,使谐振停止。一般的消谐器是一个对电压敏感的非线性电阻,同样接在电压互感器二次侧,当二次电压超过一定值时,消谐器电阻值急剧下降,破坏谐振。微机消谐装置灵敏度 高,可将谐振消灭在刚建立的时刻,但装置复杂;消谐器装置简单,但需要到过电压达较大值是才能起作用。

二.各种消谐措施分析

1.PT中性点经消谐器和小电阻接地

由钟落潭变电站(PT中性点串电阻)全年无一次PT保险丝熔断及各变电站安装消谐器至今无一次熔断来看,其抑制谐波的效果较为明显。原理图见图2。 中性点串入的电阻等价于每相对地接入电阻,能够起到消耗能量、阻尼和抑制谐波的作用。在线路单相接地时,由于中性点O对地带有一定电位,故能相应减少非故障相PT绕组的电压,使PT的饱和程度降低,不至于发生铁磁谐振。但是电阻的

接入使PT开口三角绕组输出电压相应降低,会影响接地指示装置的灵敏性。除了要考虑R≥6%Xm外,还要考虑电阻的热容量。当直接采用线性电阻时,往往由于电阻元件的容量及绝缘水平选择不当,使引线烧断,电阻烧毁,沿面闪络等。若采用RXQ-10型消谐器,其内部由SiC非线性电阻片与线性电阻(6~7 kΩ)串接,在低压时呈高阻值,使谐振在初始阶段不易发展起来。在线路出现较长时间单相接地时,消谐器上将出现千余伏电压,电阻下降至稍大于6~7 kΩ,使其不至于影响接地指示装置的灵敏度,同时非线性电阻片的热容量相当大,可满足放电电流的要求。

下面定性地讨论PT中性点串电阻或消谐器后对各相绕组电压及开口三角绕组电压的影响。

假设PT在线电压时工作在饱和区,励磁电抗X/Xm=1/6,R仍取6%Xm即60 kΩ。C相发生单相金属接地时,加消谐器时:

U′Δ/UΔ=98.4%

实际上由于PT的伏安特性一般较差,在加线电压时均会有一定程度的饱和。通过计算说明:在中性点串电阻时开口三角绕组输出电压仅为原来的67.9%,而串消谐器时则达到98.4%,比较之下串消谐器后对接地指示装置的影响较小;同时PT中性点串电阻或消谐器后,非故障相绕组的电压虽有降低,但幅度不大,其中一相绕组的电压更接近线电压,进入饱和区域,其消谐作用似乎不大,仍有待实际运行中确认。

2.PT开口三角绕组接电阻或分频消谐装置

由于电阻接在开口三角绕组两端,必然会导致一次侧电流增大,也就是说PT的容量要相应增大。从抑制谐波方面考虑,R值越小,效果越显著,但PT的过载现象越严重,在谐振或单相接地时间过长时甚至会导致保险丝熔断或PT烧

毁。一般来说接入10 kV PT开口三角绕组的电阻取16.5~33 Ω,选用220 V、500 W的白炽灯作电阻用,其作用是当灯泡在冷态即谐振刚发生时阻值较小,而当单相稳态接地时,阻值变大以免PT过载。

在实际运行中,上述两种装置仍不能有效避免谐振的发生及保险丝熔断。在谐振发生或线路单相接地时PT一次侧电流显著增大及因本身元件故障而失去消谐作用是上述两种装置的主要缺陷。

3.采用抗谐振型PT域在PT中性点串单相PT

采用抗谐振型PT和在PT中性点串单相PT

假设L0与L1、L2、L3具有相同伏安特性,则此时PT的励磁电抗Xm=XL1+XL0'所以L0的接入主要有以下三个优点:

a)Xm显著增大,比较易实现XC0/Xm≤0.01这个条件,使系统扰动时不致于发生谐振。

b)如前所推导UO′的公式知,L0接入后:UO′=4.33,UaO′=6.6,UbO′=6.6,亦即加在非故障相PT绕组的电压下降至接近相电压,不会饱和,从而杜绝了谐振的发生。

c)由L0二次绕组电压继电器作接地指示装置,在单相接地时其输出电压为75 V,可按此值进行整定计算,从而保证了接地指示装置的灵敏度。

若中性点串入PT的励磁电抗XL0远大于XL1值,则效果更佳。此时加在非接地相L1和L2、故障相L3、中性点PT的L0绕组的电压全部等于相电压5.77 kV,肯定不会饱和,而且接地指示装置可获得的输出电压可达100 V。

其它的消振措施如:每相对地加装电容器,采用伏安特性好的PT,限制在同一网络中的PT的台数等,均可以从改善Xc0/Xm这方面去理解,在此就不再讨论。

一.谐振的产生

谐振是电场能量(电容)和磁场能量(电感)不断交换的结果,当两者能量相同时,能量交换达到最大值,从外界看这时电压(并联谐振时)或电流(串联谐振时)会达到很高的值。在高压回路中,由于线路等电气设备对地存在分布电容,再加上电压互感器之类的非线性铁磁元件电感的存在,当系统电压发生扰动,有很大的可能会激发谐振,由于铁磁元件的非线性,这一谐振会进一步增大,使对地产生很高的过电压,这个谐振在电力系统中叫铁磁谐振,当然在中性点接地系统中不存在铁磁谐振。微机消谐器可以通过电压互感器的二次电压判断系统是否存在铁磁谐振,如谐振存在,则自动接入消谐电阻,破坏谐振的状态,使谐振停止。一般的消谐器是一个对电压敏感的非线性电阻,同样接在电压互感器二次侧,当二次电压超过一定值时,消谐器电阻值急剧下降,破坏谐振。微机消谐装置灵敏度 高,可将谐振消灭在刚建立的时刻,但装置复杂;消谐器装置简单,但需要到过电压达较大值是才能起作用。

二.各种消谐措施分析

1.PT中性点经消谐器和小电阻接地

由钟落潭变电站(PT中性点串电阻)全年无一次PT保险丝熔断及各变电站安装消谐器至今无一次熔断来看,其抑制谐波的效果较为明显。原理图见图2。 中性点串入的电阻等价于每相对地接入电阻,能够起到消耗能量、阻尼和抑制谐波的作用。在线路单相接地时,由于中性点O对地带有一定电位,故能相应减少非故障相PT绕组的电压,使PT的饱和程度降低,不至于发生铁磁谐振。但是电阻的

接入使PT开口三角绕组输出电压相应降低,会影响接地指示装置的灵敏性。除了要考虑R≥6%Xm外,还要考虑电阻的热容量。当直接采用线性电阻时,往往由于电阻元件的容量及绝缘水平选择不当,使引线烧断,电阻烧毁,沿面闪络等。若采用RXQ-10型消谐器,其内部由SiC非线性电阻片与线性电阻(6~7 kΩ)串接,在低压时呈高阻值,使谐振在初始阶段不易发展起来。在线路出现较长时间单相接地时,消谐器上将出现千余伏电压,电阻下降至稍大于6~7 kΩ,使其不至于影响接地指示装置的灵敏度,同时非线性电阻片的热容量相当大,可满足放电电流的要求。

下面定性地讨论PT中性点串电阻或消谐器后对各相绕组电压及开口三角绕组电压的影响。

假设PT在线电压时工作在饱和区,励磁电抗X/Xm=1/6,R仍取6%Xm即60 kΩ。C相发生单相金属接地时,加消谐器时:

U′Δ/UΔ=98.4%

实际上由于PT的伏安特性一般较差,在加线电压时均会有一定程度的饱和。通过计算说明:在中性点串电阻时开口三角绕组输出电压仅为原来的67.9%,而串消谐器时则达到98.4%,比较之下串消谐器后对接地指示装置的影响较小;同时PT中性点串电阻或消谐器后,非故障相绕组的电压虽有降低,但幅度不大,其中一相绕组的电压更接近线电压,进入饱和区域,其消谐作用似乎不大,仍有待实际运行中确认。

2.PT开口三角绕组接电阻或分频消谐装置

由于电阻接在开口三角绕组两端,必然会导致一次侧电流增大,也就是说PT的容量要相应增大。从抑制谐波方面考虑,R值越小,效果越显著,但PT的过载现象越严重,在谐振或单相接地时间过长时甚至会导致保险丝熔断或PT烧

毁。一般来说接入10 kV PT开口三角绕组的电阻取16.5~33 Ω,选用220 V、500 W的白炽灯作电阻用,其作用是当灯泡在冷态即谐振刚发生时阻值较小,而当单相稳态接地时,阻值变大以免PT过载。

在实际运行中,上述两种装置仍不能有效避免谐振的发生及保险丝熔断。在谐振发生或线路单相接地时PT一次侧电流显著增大及因本身元件故障而失去消谐作用是上述两种装置的主要缺陷。

3.采用抗谐振型PT域在PT中性点串单相PT

采用抗谐振型PT和在PT中性点串单相PT

假设L0与L1、L2、L3具有相同伏安特性,则此时PT的励磁电抗Xm=XL1+XL0'所以L0的接入主要有以下三个优点:

a)Xm显著增大,比较易实现XC0/Xm≤0.01这个条件,使系统扰动时不致于发生谐振。

b)如前所推导UO′的公式知,L0接入后:UO′=4.33,UaO′=6.6,UbO′=6.6,亦即加在非故障相PT绕组的电压下降至接近相电压,不会饱和,从而杜绝了谐振的发生。

c)由L0二次绕组电压继电器作接地指示装置,在单相接地时其输出电压为75 V,可按此值进行整定计算,从而保证了接地指示装置的灵敏度。

若中性点串入PT的励磁电抗XL0远大于XL1值,则效果更佳。此时加在非接地相L1和L2、故障相L3、中性点PT的L0绕组的电压全部等于相电压5.77 kV,肯定不会饱和,而且接地指示装置可获得的输出电压可达100 V。

其它的消振措施如:每相对地加装电容器,采用伏安特性好的PT,限制在同一网络中的PT的台数等,均可以从改善Xc0/Xm这方面去理解,在此就不再讨论。


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