鄢慶錳

摘要：電力系統(tǒng)中過電壓現(xiàn)象較為普遍。引起電網(wǎng)過電壓的原因主要有諧振過電壓、操作過電壓、雷電過電壓以及系統(tǒng)運行方式突變，負荷劇烈波動引起系統(tǒng)過電壓等。其中，諧振過電壓出現(xiàn)頻繁，其危害很大。過電壓一旦發(fā)生，往往造成系統(tǒng)電氣設(shè)備的損壞和大面積停電事故發(fā)生。據(jù)多年來電力生產(chǎn)運行的記載和事故分析表明，中低壓電網(wǎng)中過電壓事故大多數(shù)是由于諧振現(xiàn)象引起的。諧振會給電力系統(tǒng)造成破壞性的后果，諧振使電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生大量附加的諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，影響各種電氣設(shè)備的正常工作；導(dǎo)致繼電保護和自動裝置誤動作，并會使電氣測量儀表計量不準確；會對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，甚至使通信系統(tǒng)無法正常工作。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場案例分 析電力系統(tǒng) 方法

一、諧振及鐵磁諧振

諧振是一種穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，電力系統(tǒng)中的諧振過電壓不僅會在操作或事故時的過渡過程中產(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)時間要比操作過電壓長得多，這種過電壓一旦發(fā)生，往往會造成嚴重后果。運行經(jīng)驗表明，諧振過電壓可在各種電壓等級的網(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)計時事先進行必要的計算和安排，或者采取一定附加措施，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消除諧振。在操作或故障情況下，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。鐵磁諧振可以是基波諧振、高次諧波諧振、分次諧波諧振，其共同特征是系統(tǒng)電壓升高，引起絕緣閃絡(luò)或避雷器爆炸；或產(chǎn)生高值零序電壓分量，出現(xiàn)虛幻接地現(xiàn)象和不正確的接地指示；或者在PT中出現(xiàn)過電流，引起熔斷器熔斷或互感器燒壞；母線PT的開口三角繞組出現(xiàn)較高電壓，使母線絕緣監(jiān)視信號動作。各次諧波諧振不同特點主要在于，

是分次諧波諧振三相電壓依次輪流升高，超過線電壓，一般不超過2倍相電壓，三相電壓表指針在相同范圍出現(xiàn)低頻擺動。二是基波諧振時，兩相電壓升高，超過線電壓，但一般不超過3倍相電壓，一相電壓降低但不等于零。三是高次諧波諧振時，三相電壓同時升高或其中一相明顯升高，超過線電壓，但不超過3至3.5倍相電壓。

二、基于實際案例的具體分析

（一）事故前系統(tǒng)運行方式

事故前，某110kV變電站有110kV單母分段、35kV單母分段、10kV單母分段運行，10kVl母接511所變、513負荷Ⅰ線、514負荷Ⅱ線、518電容器、519電容器運行；10kV母線Ⅱ段接521電容器、522電容器，電壓及負荷均正常；10kV母線Ⅱ段PT運行。

（二）事故經(jīng)過

某年某月某日某22某10分，監(jiān)控語音報警此變電站“10kV母線l段接地”、“10kV母線Ⅱ段接地”信號，監(jiān)控屏顯示10kV母線Ⅱ段電壓值為：

Ua=6.21 kV：Ub=7.03kV：

Uc=7.80kV：3Uo=64.11V。

22時]3分，51 2所變發(fā)出“開關(guān)分閘”、“512開關(guān)電流Ⅱ段”動作、復(fù)歸、“512站用保護測控裝置告警”、“512開關(guān)過負荷告警”、“逆變電源交流失電”復(fù)歸信號。512所變開關(guān)變?yōu)椤胺帧蔽?；同時513負荷Ⅰ線、514負荷Ⅱ線、518電容器、519電容器發(fā)出“線路保護測控裝置告警”、“PT斷線”信號；521電容器、522電容器發(fā)出“保護裝置告警”、“電容器PT斷線”等信號。隨后，后臺顯示10kV母線Ⅱ段電壓值持續(xù)升高，22時14分升高為：

Ua=8.94kV：Ub=9.91 kV：

Uc=12.00kV：3Uo=119.97V。

調(diào)度值班員于22時17分下令遙控斷開514負荷Ⅱ線開關(guān)，電壓恢復(fù)正常。第二日日01時48分，巡線人員匯報：514負荷Ⅱ線變壓器引線熔斷后搭在變壓器外殼上，操作人員已將分支拉開……。故障排除后合上514負荷Ⅱ線開關(guān)，送電正常，后未見異常情況。

（三）事故原因分析

實例中所涉及變電站的514負荷Ⅱ線變壓器引線熔斷后搭在變壓器外殼上后，三相系統(tǒng)對稱性被破壞，出現(xiàn)零序電流、中性點偏移和對地電位U0，即開口三角有了零序電壓，零序電壓疊加在二次側(cè)三相電壓上，就出現(xiàn)了二次側(cè)三相電壓不平衡現(xiàn)象。事故起因為514負荷Ⅱ線變壓器引線熔斷后搭在變壓器外殼上，然后10kV母線接地，系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化滿足諧振條件，諧振發(fā)生之后10kV母線Ⅱ段三相電壓及零序電壓迅速升高，由電壓波形及數(shù)值可知是發(fā)生高次諧波諧振。正是諧振導(dǎo)致繼電保護和自動裝置誤動作發(fā)出一系列錯誤信號。此狀況下，需要仔細判斷真假信號，以便很好地進行事故處理。實例中的事故發(fā)生后，當班調(diào)度員作出了諧振的準確判斷，并根據(jù)工作經(jīng)驗進行接地選線，迅速查找出故障線路，并將其切除。

三、諧振事故解決方法

PT在正常工作時，鐵芯磁通密度不高，不飽和；但如果在電壓過零時突然合閘、分閘或單相接地消失，這時鐵芯磁通就會達到穩(wěn)態(tài)時的數(shù)倍，處于飽和狀態(tài)，這時，某一相或兩相的激磁電流大幅度增加，當感抗與容抗參數(shù)匹配恰當（滿足諧振條件）時，即會發(fā)生諧振，即鐵磁諧振。發(fā)生諧振時，會在電感和電容兩端產(chǎn)生2～3.5倍額定電壓的過電壓和幾十倍額定電流的過電流，通過PT的電流遠大于激磁電流，嚴重時會燒壞PT及其它設(shè)備。

（一）防止諧振過電壓的一般措施

首先，提高斷路器動作的同期性。由于許多諧振過電壓是在非全相運行條件下引起的，因此提高斷路器動作的同期性，防止非全相運行，可以有效防止諧振過電壓的發(fā)生。

其次，在并聯(lián)高壓電抗器中性點加裝小電抗。用這個措施可以阻斷非全相運行時工頻電壓傳遞及串聯(lián)諧振。

第三，破壞發(fā)電機產(chǎn)生自勵磁的條件，防止參數(shù)諧振過電壓。

（二）防止諧振過電壓的具體措施

一是35kV系統(tǒng)中性點經(jīng)消弧線圈（加裝消諧電阻）接地，并在過補償方式下運行，它的電壓作用在零序回路中。

二是盡量減少系統(tǒng)并聯(lián)運行的PT臺數(shù)。凡是35kV以下母線分段的變電所，若母線經(jīng)常不分段運行，應(yīng)將一組PT退出作為備用；電力客戶的10kVPT一次側(cè)中性點一律為不接地運行

三是更換伏安特性不良的6至35kVPT。

四是6至35kV一次側(cè)中性點串聯(lián)阻尼電阻或二次側(cè)開口三角形繞組并聯(lián)阻尼電阻或消振器。

五是6至10kV母線裝設(shè)一組Y形接線中性點接地的電容器組。

六是在10kVPT高壓側(cè)中性點串聯(lián)單相PT。在實際工作中諧振的發(fā)生往往伴隨著接地故障，很多時候甚至就是由接地引起的，消除諧振常常采取的有效方法是改變系統(tǒng)運行方式以改變系統(tǒng)參數(shù)，破壞諧振條件。改變系統(tǒng)運行方式經(jīng)常通過以下途徑實現(xiàn)：投退電容器；增投線路；若變電站有臺以上數(shù)目的主變，可視具體運行情況將原本并列（分列）運行的變壓器分列（并列）；母線并解列。若上述方法不能消振，應(yīng)采用尋找線路單相接地故障的方法進行選線，選出故障線路后，立即將其切除。選線原則參照系統(tǒng)單相接地故障處理方法。此方法是最有效最能解決問題的，但往往不一定能準確及時判斷出接地線路，以致延誤消振時間，所以，工作中為及時消除諧振一般先考慮選擇上述四種途徑。

四、總結(jié)

針對某110kV變電站諧振事故，利用諧振原理與知識，分析了此次事故發(fā)生的原因，并結(jié)合實際工作經(jīng)驗對諧振過電壓給出了多種控制措施和方法，以便具體工作中借鑒和運用，有效提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，提高供電安全性和可靠性。