关于谐振过电压及预防的技术措施

唐振华

唐振华

（福建省万维新能源电力有限公司福建福州350003）

摘要：谐振过电压是因电网储能参数—电感和电容匹配符合谐振条件而引起的过电压。在电力生产和电力运行的中低压电网中，由于故障的形式和操作方式是多种多样的，谐振性质也各不相同。因此，应该了解各种不同类型谐振的性质与特点，掌握其振荡的性质和特点，并制订防振和消振的对策与措施。

关键词：谐振过电压；预防；技术措施

1.谐振的危害性

在电力供电电网上，谐振过电压在正常运行操作中出现频繁，其危害性较大；过电压一旦发生，往往造成电气设备的损坏和大面积的停电事故。多年电力生产运行的记载和事故分析表明，中低压电网中过电压事故大多数都是由谐振现象所引起的。由于谐振过电压作用时间较长，所引起谐振现象的原因又很多，因此在选择保护措施方面造成很大的困难。为了尽可能地防止谐振过电压的发生，在设计和操作电网设备时，应进行必要的估算和安排，以免形成严重的串联谐振回路；或采取适当的防止谐振的措施。

目前变电站大部分采用中性点不接地方式运行，而最常见的谐振过电压就是发生在中性点不接地系统中。从电网的运行实践证明，中性点不接地系统中由于电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振过电压比较多，尽管采取了不少限制谐振过电压的措施，如：消谐灯、消谐器、PT高压中性点增设电阻或单只PT等，但始终没有从根本上得到解决，PT烧毁、熔丝熔断仍不断发生；另一方面由于中性点不接地运行方式的主要特点是单相接地后，允许维持一定的时间，一般为2小时，不致于引起用户断电，但随着中低压电网的扩大，出线回路数增多、线路增长，中低压电网对地电容电流亦大幅度增加，单相接地时接地电弧不能自动熄灭必然产生电弧过电压，一般为3—5倍相电压甚至更高，致使电网中绝缘薄弱的地方放电击穿，并会发展为相间短路造成设备损坏和停电事故。

2.产生谐振过电压的因素

2.1互感器铁磁谐振过电压的因素

电压互感器伏安特性的影响。铁芯电感的伏安特性愈好，即铁芯饱和得愈慢，也即谐振所需要的阻抗参数XC0/XL愈大；反之，谐振所需XC0/XL愈小。考虑到电力系统中运行着的电压．互感器及系统的具体情况总与模拟情况有差异，因此，对于不同型号、不同出厂日期、不同厂家制造的电压互感器，其谐振区域应根据实际试验加以确定。

电压互感器损耗的影响。运行着的互感器，一般损耗较大，例如，35kV的互感器其阻尼系数r/XL为＞15/10000.损耗电阻大，可以吸收一部分能量，对谐振有一定的抑制作用，特别是对1/2频谐振，这种抑制作用很明显。

电压互感器结构的影响。现场运行着的电压互感器，既有三台单相电压互感器组，也有三相五柱电压互感器，它们在谐振激发上是不同的。试验研究表明，单相电压互感器组的起振电压较三相五柱电压互感器的低，也就是说，单相电压互感器组容易激发谐振。这主要是由于两者碰路结构的差异，造成零序阻抗不同所致。

单相互感器组零序磁通的磁路和正序磁通的磁路一样，每相都有自己的闭合回路，因而零序阻抗等于正序阻抗。对三芯玉柱电压工感器，由于零序磁通经过两个边往返回，所以其磁路长，而且铁芯截面小，因而其零序磁通磁阻较单相互感器组要大得多。由上所述，谐振是由于零序磁通造成的，三芯五柱互感器零序磁通遇到的磁阻大，谐振就不容易产生。

应当指出，由于磁路的差异，计算和测量这两类电压互感器零序阻抗时所用的电压是不同的。由于电网发生谐振时，作用在电压互感器上的电压是正序电压与零序谐振电压的选加，对于单相互感器组，正序电压和零序电压合成下的服抗值接近干线电压下的阻抗值，因此，XL为额定线电压下的激磁感抗。对于三芯玉柱互感器，零序电压接近于相电压，正序电压对零序电压阻抗影响不大，所以应取相电压下的相应感抗值。

2.2电网零序电容的影响

实践可知，谐振区域与阻抗比XC0/XL有直接关系，对于1/2分频谐振区，阻抗XC0/XL约为0.01~0.08；基波谐振区，XC0/XL约为0.08~0.8；高频谐振区，XC0/XL约为0.6~3.0.当改变电网零序电容时，XC0/XL随之改变，回路中可能出现由一种借振状态转变为另一种谐振状态。如果零序电容过大或过小，就可以脱离谐振区域，谐振就不会发生。在现场，一般可以测量出电网的对地电容电流，进而计算出对地电容，由XC0/XL估算该电网是否处于谐振区。若在诸振区，再进一步判定可能是哪一种谐振。除上述情况外，电网零序电容还对谐振过电压、过电流的大小和谐振频率有一定影响。

2.3其他影响因素

激发程度。实际激发试验表明，即使阻抗参数XC0/XL落在诸振区域内，也并不是每次都能激发起稳定的谐振。这是因为谐振的产生不仅与XC0/XL有关，还与电压冲击、涌流大小、合闸相角等激发因素有关。激发程度不同时，互感器饱和程度有异，因此谐振特性就不相同。

回路的阻尼作用。当激发起中性点不稳定过电压后，元论是基波、三次谐波还是1/2分次谐波谐振，总是由电源供给谐振所需的能量。如果输入和输出的能量得以平衡，诸波将维持下去；如果能量平衡关系一旦被破坏，则谐振便会自动消除。根据谐振原理，增大回路电阻可使诸振区域缩小，维持谐振所需的电压提高，从而能阻尼振荡。

电网频率的变动。电网频率的变化，使谐振回路中的阻抗参数发生变化，是导致谐振现象不稳定的重要原因。

电网频率变动可能使谐振现象突然发生；突然消失；也可能使谐振由一种状态转变为另一种状态。

3.采取措施

一是防止电压互感器铁磁谐振措施。选择励磁特性好的电压互感器，使其工作点在伏安特性的线性部分，当有激发因素时，铁芯不饱和，也就难于激发谐振。或改用电容式电压互感器。在三相电压互感器一次侧中性点加装消谐器或在电压互感器二次开口三角处加装二次消谐器。

二是消弧线圈补偿。通过过补、全补和欠补的运行方式，来较好地解决此类问题。目前自动调谐接地补偿装置主要是由五大部分组成：接地变压器、电动式消弧线圈、微机控制部分、阻尼电阻部分、中性点专用互感器和非线性电阻。接地变压器是作为人工中性点接入消弧线圈。消弧线圈电流通过有载开关调节并实现远方自动控制，采用予调节方式，即在正常运行方式情况下，根据电网参数的变化而随时调节消弧线圈的分接头到最佳位置。

参考文献：

[1]王丽供配电技术[M]中国劳动社会保障出版社，2009

[2]解广润电力系统过电压水利电力出版社，1985