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1、谐振产生及控制（郑岩编著资料节录共参考）电站厂用电受电、系统倒送电、发电机并网送出、电厂升压站220kv/500kv母线受电，6kv/10kv母线受电、各类电动机试转及带机械试运、投切各类变压器，均有可能出现系统谐振。因此，在设备选型时要合理配置，主接线及电路设计应计算；分部试运方案和整套启动试运方案中，应有防谐振措施和预案。系统过电压分为：谐振过电压、操作过电压、雷电过电压、系统过电压等。现重点阐述谐振过电压。（一）谐振基础理论在有电阻、电感、电容的交流电路中，电路两端的电压、电流、相位有些不同。如果调整电感和电容的参数或电源频率，可以使相位相同，电路呈纯电阻性，电路达到这种状态为谐振。此时
2、，电路总阻抗达到极限值，可分为串联谐振和并联谐振。1、串联谐振：是电感电压与电容电压等值异号，即电感电容吸收等值异号的无功功率，使电路吸收的无功功率为零，电场能量和磁场能量此曾彼减，互相补偿，这部分能量在电场和磁场中间振荡，电磁场能量总和不变，激励供给电路能量转为电阻发热。2、并联谐振：是电感电流与电容电流等值异号，即电感电容吸收等值异号的无功功率，使电路吸收的无功功率为零。则能量转换，出现振荡，电阻发热等现象与串联谐振相同。（二）电力系统谐振与振荡区别1、电力系统的谐振：是电力系统中电容和电抗之间的无功功率的交换；振荡是机组功角的摆动。系统的谐振是电流增大或减小，越接近谐振中心，电流表电压表
3、功率表变化快。和短路的区别是不会出现零序量。2、电力系统的振荡：在正常情况下，电力系统中的各个发电机均保持同步；但在特殊情况下，如短路、故障切除、新电源投入或切除等，则并列的发电机的电势差、相角差将随时间变化，系统中各点电压和各回路的电流随时间变化，这种现象称为振荡。又分同步振荡和异步振荡。（三）电力系统谐振种类及成因1、铁磁谐振：是由铁芯的电感元件（发电机、变压器、互感器、电抗器、消弧线圈等）与系统的电容元件（输电线路、电容补偿器等）形成共谐条件，激发持续的铁磁谐振，使系统产生谐振过电压。又分电压大扰动的铁磁谐振和变电站空母线谐振。成因：（1）有线路接地、断线、短路器非同期合闸等引起的系统冲
4、击；（2）切、合母线或系统扰动激发的谐振；（3）系统在某种特殊运行方式下，参数匹配，达到谐振条件。2、电力系统铁磁谐振及成因在复杂的电力网络中，存在很多电感及电容元件，尤其在不接地系统中，更易出现谐振。（1）电力系统铁磁谐振及成因：在稳定的系统中，出现电源电压升高，或电感线圈涌流，使铁芯饱和，其电抗值减少，易满足串联谐振条件，发生磁谐振现象。成因：电压互感器突然投入；线路发生单相接地；系统运行方式突然改变或大容量电气设备投切；电网频率的波动；负荷不平衡的变化。（2）中性点不接地铁磁谐振：电厂系统中有Yo接线的电磁式的电压互感器，网络对地参数除了电力导线和设备对地电容Co外，还有励磁电感L，由于
5、系统中性点不接地，则电压互感器的高压绕组成为三相对地的唯一金属通道。正常情况下，三相基本平衡，中性点的位移电压很小。但在某些断路器合闸或线路接地故障消除后，三相对地电阻不平衡，它与线路对地电容形成谐振回路。激发铁磁谐振过电压。（3）中性点直接接地铁磁谐振：则电压互感器绕组分别与各相电源电势相连，电网中各点电位被固定，不会出现中性点位移过电压。若中性点经消弧线圈接地，其电感值远小于电压互感器的励磁电感，相当电压互感器的电感被短接，电压互感器变化不会引起过电压。但是，由于操作不当或某些倒闸过程，电路内受电强烈冲击扰动，使电感两端出现短时间的电压升高、大电流振荡过程或铁芯电感的涌流现象，与断路器的均
6、压电容形成铁磁谐振。（四）铁磁谐振对系统的影响1、中性点不接地，其运行方式是单相接地。接地电弧不能自动熄灭，必然产生电弧过电压，一般为3-5倍相电压或更高，致使电网绝缘薄弱地方被击穿；且易造成相间短路。2、发生谐振是，电压互感器一次励磁电流急剧增大，使高压熔丝熔断；若电流未达到熔化值，电流又超出额定电流许多，长时间运行，必然造成电压互感器烧毁。3、谐振发生后，电路由原来的感性状态变为容性状态，电流基波相位发生180反转，导致逆序分量胜过正序分量，从而使小容量电机反转。4、产生高零序电压分量，出现虚幻接地和不正确的接地信号。（五）常用消谐方法及注意事项1、中性点不接地的消谐措施：（1）选择电压互
7、感器伏安特性好的产品。起始饱和电压1.5Ue，电压互感器不易进入饱和区，不易构成参数匹配的谐振。注意：虽出现谐振概率小，一旦发生过电压、则过电流更大，危害的险情更大。（2）在母线上装设中性点接地的三相星形电容器组。增加对地电容，使谐振区的阻抗比XCo/XL的比值小于0.01时（谐振区的阻抗比比值一般在0.01-3），可防止谐振。经试验表明：阻抗比0.01-0.08为1/2分频谐振区；阻抗比0.08-0.8为基波谐振区；阻抗比0.6-3为高频谐振区。注意：当改变电网零序电容时，阻抗比发生变化，谐振状态可能发生转变；如果零序电容过大或过小，则脱离谐振区域，就不会产生谐振。（3）电流互感器高压侧中性
8、点经电阻接地。此时在接地时，形成三相对地电容的冲放电过程的通道，不会走电压互感器高压绕组，不会产生漏流，也就不会出现谐振。注意：当接地消失是，电压互感器的高压侧，易出现叠加涌流；由于加装电阻接地，抑制涌流，等于改善伏安特性。（4）电压互感器一次侧中性点经零序电压互感器接地。称为抗谐振电压互感器，其原理是提高电压互感器零序励磁特性，提高电压互感器烧毁能力。注意：电压互感器中性点仍承受较高电压，谐振依然存在。（5）电压互感器二次侧开三角绕组接阻尼电阻。一次侧中性点串接单相电压互感器，或在电压互感器二次开口三角处接入阻尼电阻，用于消除电源供给谐振的能量，抑制铁磁谐振过电压，其电阻值越小，相当电网中性
9、点接地，谐振不易发生。注意：此措施对非谐振区内的电流流过电压互感器的大电流不起限制作用。（6）中性点经消弧线圈接地。瞬间单相接地故障可经消弧线圈的动作消除，保证系统不断电；永久性接地故障时，消弧线圈动作可维持系统运行一定时间。注意：不当的操作或某种倒闸过程，也曾经出现过电压互感器谐振。2、中性点直接接地系统谐振消除方法（1）尽量保证断路器三相同期，防止非全相运行；（2）改用电容式电压互感器（CVT）；（3）带空载线路能很好消谐；（4）与高压绕组串接或并接一个阻尼绕组，可消除基频谐振；（5）电容吸能消谐，对幅值较高的基频谐振有效，但对幅值较低的基频谐振难以奏效；（6）在开口三角形回路中接入消谐装
10、置，能自动消除基频和分频谐振；（7）采用光纤电压互感器，可有效的消除谐振，价格较高。新产品待进一步实践验证有效性。3、新技术防谐振（1）一次消谐装置：是保护电压互感器谐振的新产品，用在6-35KV的中性点不接地系统中，串联于电压互感器与中性点之间。可限制电压互感器过电压，限制单相接地或电弧接地时流过电压互感器的过电流，消除铁磁谐振。是采用大容量非线性电阻片组成，如ZB-RXQ.LXQ系列。（2）微机消谐装置（二次）：采用高性能单片微机作为核心元件，对PT三角电压（即零序电压）进行循环检测，正常工作时电压小于30V，内装大功率消谐元件（固态继电器），处于阻断状态，对系统运行不发生影响。当PT开口
11、电压大于39V，系统出现故障；消谐装置进行数据采集及信号处理，启动消谐电路，使固态继电器导通，让铁磁谐振在阻尼作用下消失。CPU系统会记录、存储、报警，显示谐振信息（时间、频率、电压值）。CPU处理完后，恢复到原来工作状态。如ZB-WXZ系列。该装置，可消除17Hz（1/3分频）、25Hz（1/2分频）、50Hz（工频）、150Hz（3倍工频）。（六）运行操作防谐振1、控制阻抗比值，避开谐振区（1）控制阻抗比0.01，阻抗比3；（2）应避开运行相电压Up除以额定电压等于0.58，此时，极易发生分频或基频谐振；（3）当电压互感器的XL一定时，增加Co，则XCo减少，阻抗比亦减小，防止铁磁谐振的有
12、效方法。倒闸操作增加Co方法，加外接电容，介入空载线路或空载变压器，拉开母联分断路器。2、控制电源电压，降低铁磁谐振工作点，使Up/Ue0.58；3、倒闸的正确操作：按操作规程、方案、操作票的顺序和要求进行操作。（七）谐振实例1、事故一：某110KV变电站，有110KV单母分段、35KV单母分段、10KV单母分段运行；10KV段接511变电所，两条负荷线、电容器；段接电容器。某月某日23时12分：监控语音报警，“10KV母线段接地”，“10KV母线段接地”信号；监控屏显示段电压值：Ua=6.21KV、Ub=7.03 KV、Uc=7.80 KV、3Uo=64.11V；23时14分：511开关过负
13、荷告警，线路、电容器告警，PT断线信号；23时15分：段电压值继续升高，Ua=8.94 KV、Ub=9.91 KV、Uc=12.00 KV、3Uo=119.97V；23时18分：遥控断开514开关，电压恢复正常。原因及处理：支线某厂变压器引线熔断后搭在变压器外壳上，三相系统平衡性破坏，出现零序电流、中性点偏移和对地电位Uo，即开口三角有零序电压，零序电压叠加在二次侧三相电压上，三相电压不平衡。是因为发生高次谐波谐振（铁磁谐振），发出一系列信号，值班员正确判断出接地引起的故障，并快速切除。2、事故二：某电厂6KV厂用电受电后，陆续进行分系统调试，在送风机电机倒闸送电时，同一母线上的另一断路器短路，产生弧光将电建电气检查维护电工灼伤。经分析：厂用电母线的各类负荷设计部门经计算安排稳妥。但是，在分部试运阶段，根据安装情况，投入变压器、电机空转、试转那种机械是个变数，不知哪一工况或参数，使L-C出现产生铁磁谐振；电压互感器、断路器、TV中性点接地、负载等状态不明朗；此阶段仪表自控投入又不完整，未能及时发现过电压大电流而引发所致。 3
