張立春

（國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北唐山064309）

淺析潘家口電廠鐵磁諧振的產(chǎn)生與處理方法

張立春

（國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北唐山064309）

針對(duì)潘家口電廠開口三角的PT產(chǎn)生鐵磁諧振原因、特點(diǎn)及處理方法等進(jìn)行分析介紹，對(duì)采用一次消諧器和二次消諧器來消除諧振的功能進(jìn)行了介紹，對(duì)于其他電廠產(chǎn)生鐵磁諧振的處理方法提出解決建議。

鐵磁諧振；消諧裝置；處理措施

0 引言

在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，經(jīng)常由于電磁式電壓互感器的非線性勵(lì)磁特性和系統(tǒng)對(duì)地電容形成匹配，在一定條件下產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓。造成PT保險(xiǎn)熔斷、燒損，避雷器爆炸，嚴(yán)重地影響了系統(tǒng)安全運(yùn)行的鐵磁共振現(xiàn)象。由于對(duì)地電容和互感器的參數(shù)不同，可能產(chǎn)生3種頻率的共振：基波共振、高次諧波共振和分頻諧波共振。各種共振的表現(xiàn)形式不同，如基波共振現(xiàn)象為系統(tǒng)二相對(duì)地電壓升高，一相對(duì)地電壓降低；中性點(diǎn)對(duì)地電壓(可由互感器輔助繞組測(cè)得電壓)略高于相電壓，類似單相接地，或者是二相對(duì)地電壓降低，一相對(duì)地電壓升高，中性點(diǎn)有電壓，以前者為常見。分頻諧波共振現(xiàn)象為三相電壓同時(shí)升高，中性點(diǎn)有電壓，這時(shí)電壓互感器一次電流可達(dá)正常額定電流的30～50倍甚至更高；中性點(diǎn)電壓頻率大多數(shù)低于1/2工頻。高次諧波共振現(xiàn)象為三相電壓同時(shí)升高，中性點(diǎn)有較高電壓，頻率主要是三次諧波。2009年9月潘家口2號(hào)主變低壓母線側(cè)，在做機(jī)組同期電壓核相試驗(yàn)時(shí)發(fā)生鐵磁諧振，將主變低壓側(cè)7YH電壓互感器A相燒毀。在2009年11月1日3號(hào)主變低壓母線側(cè)，在做機(jī)組同期電壓核相試驗(yàn)時(shí)發(fā)生鐵磁諧振。根據(jù)后期波形觀察分析得出，2號(hào)機(jī)組發(fā)生的是倍頻共振，3號(hào)機(jī)組發(fā)生的是基波共振，現(xiàn)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)產(chǎn)生的原因及處理方法進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1 產(chǎn)生鐵磁諧振的原因分析

我廠2、3、4號(hào)變壓器低壓側(cè)所裝7YH電壓互感器正常運(yùn)行時(shí)三相飽和程度基本平衡，且等效電感遠(yuǎn)大于線路對(duì)地電容，故不會(huì)形成諧振回路，中性點(diǎn)的位移電壓很小，但在某些切換操作或接地故障消失后，三相飽和程度差別很大，它與線路對(duì)地電容形成特殊的單相或三相諧振回路，引起中性點(diǎn)出現(xiàn)較大的位移電壓，在系統(tǒng)中激發(fā)起持續(xù)的較高幅值的過電壓，即鐵磁諧振過電壓。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，電壓互感器鐵心飽和引起的鐵磁諧振過電壓是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中最常見和造成事故最多的一種內(nèi)部過電壓。兩次運(yùn)行操作過程中產(chǎn)生的鐵磁諧振工作通過分析認(rèn)為，當(dāng)通過主變向機(jī)組充電時(shí)，操作步驟為主變低壓側(cè)03-9和03-2，03-9甲、03-9乙、03-9丙合閘態(tài)，03-3、03-4、03-5等刀閘分閘態(tài)，通過03DL向母線出口充電，核對(duì)7YH和4YH的同期電壓，測(cè)量出口開關(guān)兩端的電壓值、同期角度等。其操作過程中的等值電路如圖1所示，正好構(gòu)成了鐵磁諧振產(chǎn)生的電路圖。通過機(jī)變組保護(hù)和故障錄波器圖形可以看出，發(fā)生諧振時(shí)機(jī)端電壓明顯提高，尤其以A相最高達(dá)到了額定電壓的1.28倍，頻率不規(guī)則，是典型的鐵磁諧振現(xiàn)象。如圖2、圖3所示。產(chǎn)生鐵磁諧振的現(xiàn)象是三相電壓不平衡，一或兩相電壓升高超過線電壓。一般出現(xiàn)諧振現(xiàn)象的消除方法有：

（1）斷開充電斷路器，改變運(yùn)行方式。

（2）投入母線上的線路，改變運(yùn)行方式。

（3）投入母線，改變接線方式。

（4）投入母線上的備用變壓器或所用變壓器。

（5）將PT開口三角側(cè)短接。

（6）投、切電容器或電抗器。

圖1 等值電路圖

圖2 2號(hào)機(jī)組諧振時(shí)機(jī)變組保護(hù)錄波圖

圖3 2號(hào)機(jī)組諧振時(shí)故障錄波器圖

2 消除鐵磁諧振的方法比較

為抑制這種電磁式電壓互感器飽和引起的零序性質(zhì)的諧振過電壓，一般采取下列幾種措施將取得較好效果。

（1）在剩余電壓繞組開口三角端子上并接一個(gè)電阻R或加裝專用消諧器。

（2）將互感器高壓側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)高阻抗（零序互感器或可變電阻）接地。

（3）在母線上加裝對(duì)地電容，使之超過臨界值，使回路超過諧振區(qū)域。

（4）選用勵(lì)磁特性較好的（如適當(dāng)降低鐵心磁密）電磁式電壓互感器或改用CVT。

（5）將電源變壓器中性點(diǎn)經(jīng)過消弧線圈接地。

以上解決措施3～5對(duì)于我廠來說可操作性很差。以下重點(diǎn)分析第1、2類解決措施。但是，任何措施都有其局限性，不是絕對(duì)可靠的；采用時(shí)還應(yīng)根據(jù)實(shí)際條件加以選擇。

2.1 措施1-PT二次側(cè)開口三角端子上加裝專用消諧器

對(duì)于措施1，該方案較為常用，其原理是通過消耗諧振能量來抑制諧振，經(jīng)驗(yàn)表明，如參數(shù)選擇適當(dāng)，在多數(shù)情況下能有效抑制諧振。微機(jī)消諧裝置是放在PT的二次側(cè)(所以也叫二次消諧)消除鐵磁諧振的儀器。它與一次消諧器的區(qū)別在于微機(jī)消諧是一個(gè)消諧儀器，具有分析、記錄、打印、上傳等優(yōu)勢(shì)，但也有只能用于室內(nèi)、消諧范圍窄等缺點(diǎn)。電力微機(jī)消諧裝置是新型智能化電力諧振消除裝置，使用簡(jiǎn)單方便，無需維護(hù)，能迅速地消除各種頻率的鐵磁諧振,準(zhǔn)確率高。同時(shí)可根據(jù)用戶需要將相關(guān)信息打印或通過通信接口傳給上級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)，適用于無人值守變電站。

2.2 措施2-PT高壓側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)高阻抗（零序互感器或可變電阻）接地

根據(jù)以往研究，在電壓互感器高壓側(cè)中性點(diǎn)接入不同阻值的電阻R0后，可以引起諧振區(qū)域的變化，當(dāng)R0增大時(shí)，諧振范圍縮小，超過一定值后，將不產(chǎn)生諧振。經(jīng)理論計(jì)算，在運(yùn)行電壓下，若R0≥6%為電壓互感器在額定線電壓作用下單相繞組的工頻勵(lì)磁電抗），可消除由于電壓互感器飽和引起的各種鐵磁諧振。

在電壓互感器高壓側(cè)中性點(diǎn)接入電阻R0，與開口三角端子上并接電阻R一樣，能起到消耗諧振能量、阻尼和抑制諧振的作用；此外，還能限制互感器中的電流、減小互感器電壓，相當(dāng)于改善其伏安特性。R0不能太小，否則作用有限；R0也不能太大，否則當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，開口三角電壓測(cè)量準(zhǔn)確度降低，影響接地保護(hù)正確動(dòng)作，而此時(shí)電壓互感器中性點(diǎn)升高，可能危及互感器中性點(diǎn)絕緣（原設(shè)計(jì)絕緣工頻耐壓水平5 kV）。

采用非線性電阻消諧器也可以很好地解決上述問題。正常運(yùn)行時(shí)，中性點(diǎn)電壓很低，消諧器呈高阻狀態(tài)，互感器中性點(diǎn)接近不接地狀態(tài)，且消諧器自身具有隔離直流分量的作用，電壓互感器不易飽和，極大地減小諧振發(fā)展的概率；當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，在中性點(diǎn)位移電壓作用下，消諧器進(jìn)入非線性段呈低阻狀態(tài)，對(duì)互感器測(cè)量準(zhǔn)確度影響小。

綜上所述，結(jié)合我廠的實(shí)際情況，使用兩種處理方式綜合應(yīng)用，即在PT高壓側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)非線性電阻消諧器接地，可根據(jù)PT的工頻勵(lì)磁電抗、中性點(diǎn)的絕緣水平等參數(shù)選擇合適的消諧器。同時(shí)又在PT二次側(cè)開口三角處加裝二次消諧裝置，來實(shí)現(xiàn)諧振能量的消除。

圖4 微機(jī)消諧裝置的接線圖

3 消諧器的選用

二次微機(jī)消諧器的選用：

選用微機(jī)消諧裝置，裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)PT開口三角電壓，計(jì)算出零序電壓4種頻率（3分頻17 Hz、2分頻25 Hz、工頻50 Hz、3倍頻150 Hz）的電壓分量，若有故障發(fā)生則判斷故障類型、保存故障信息及發(fā)出報(bào)警信號(hào)。若為接地故障，則記錄接地故障發(fā)生和消除時(shí)刻的信息，接地繼電器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，面板上的接地指示燈點(diǎn)亮；若為諧振，則裝置對(duì)過電壓進(jìn)行消除動(dòng)作，同時(shí)，裝置記錄消諧次數(shù)，存儲(chǔ)相應(yīng)的事件記錄；若連續(xù)消諧3次后，諧振仍然存在，本裝置判斷為PT永久性故障，不再對(duì)該路PT進(jìn)行消諧，永久性故障消失后，恢復(fù)消諧功能。

一次消諧器的選用：

我廠采用非線性消諧器。其在應(yīng)用時(shí)工作點(diǎn)直流殘壓為1 450 V。當(dāng)R0為30 kΩ時(shí)，影響PT開口三角電壓降低將小于1%，不影響接地故障指示。PT中性點(diǎn)電壓約為2 000 V，不會(huì)危及PT中性點(diǎn)絕緣。正常運(yùn)行時(shí)，中性點(diǎn)電壓很低，消諧器呈高阻狀態(tài)，互感器中性點(diǎn)接近不接地狀態(tài)，且消諧器自身具有隔離直流分量的作用，電壓互感器不易飽和，極大地減小諧振發(fā)展的概率；當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，在中性點(diǎn)位移電壓作用下，消諧器進(jìn)入非線性段呈低阻狀態(tài)，對(duì)互感器測(cè)量準(zhǔn)確度影響小。

經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，該消諧器允許在系統(tǒng)單相接地工況下持續(xù)工作2 h以上。同時(shí)，對(duì)PT本身而言，即不增加一次線圈也不增加二次開口三角負(fù)載。沒有發(fā)熱問題，也沒有因發(fā)熱帶來的接線截面改造的顧慮。

充電過程中產(chǎn)生鐵磁諧振，是導(dǎo)致我廠電壓互感器燒損，危及安全供電的原因之一，在不改變PT形式的情況下，通過加裝一次消諧器和二次消諧器，能夠有效的避免產(chǎn)生電壓震蕩現(xiàn)象。能夠有效的吸收與消耗諧振能量以抑制諧振的產(chǎn)生，可有效地消除鐵磁諧振，杜絕鐵磁諧振給一次設(shè)備帶來的不安全影響，保證電站的可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。迄今為止未再發(fā)生一起因鐵磁諧振造成的事故，保證了電站的安全可靠運(yùn)行。

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TM864

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1672-5387（2017）12-0027-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.12.011

2017-11-01

張立春（1976-），男，高級(jí)工程師，從事水電站運(yùn)維管理工作。