1、廠用電諧振過電壓分析及預防 摘要：在中性點不接地電力系統中，由于電磁式電壓互感器激磁 特性的非線性，當電壓發生波動使網絡中電抗接近容抗時，便產生諧 振過電壓，影響電氣設備安全運行。為此，從兩起典型的6kV 廠用電諧振過電壓入手，分析計算產生諧振過電壓的條件及其現象。最后， 闡述了解決諧振過電壓問題所采取的措施。關鍵詞：廠用電；諧振；過電壓；電壓互感器；分析；措施1 諧振過電壓產生條件、特點和危害在中性點不接地電力系統中，由于電磁式電壓互感器（TV）激磁特性的非線性，當電壓發生波動使網絡中電抗接近容抗時，便產生諧 振過電壓。特別是遇有激磁特性不好（易飽和）的 TV及系統發生單相 對地閃絡或接地時

2、，更容易引發諧振過電壓。輕者令到TV的熔斷器熔斷、匝間短路或爆炸；重者則發生避雷器爆炸、母線短路、廠用電失 電等嚴重威脅電力系統和電氣設備運行安全的事故。2兩起諧振過電壓及其分析21 鐵心飽和過電壓 這種過電壓最常見于投空母線時，由于系統電壓偏高致使激磁特 性差的TV飽和，當TV電抗降至和系統對地容抗相等時便引發諧振過 電壓。現在由于采取一系列技術手段這一現象已很少發生，但其它形 式諧振過電壓卻還時有發生，應引起我們注意，請看下面實例。211 事發經過1998年10月8日8時58分，6kV皿段工作電源開關632甲、632 乙跳閘， 3號爐甲、乙送風機和 3號機循環水泵跳閘，備用電源開關630甲

3、、乙聯動，6kVMA和皿B段母線電壓表無指示，3號爐甲、乙送 風機強送未成功，發電機組與電網解列。事后檢查發現6kV皿段母線有電壓，判斷是 TV保險熔斷，使帶有 低壓保護設備跳閘，恢復TV保險后，3號機組于當天9時55分重新并 網。212原因分析事故發生時，與 6kVIIIA 段相聯的輸煤 I 段上有停 3 號爐除渣泵 電動機的操作，由于6kV皿段的2臺TV的熔斷器三相均熔斷，因而初 判發生了三相諧振過電壓。6kV皿A、皿B和輸煤I段上三臺TV均是 JDZJ 6型干式電壓互感器。a）計算激磁感抗從中可計算出TV在線電壓下激磁感抗為因三臺TV為同一制造廠同一批產品，故激磁特性相近，則3臺TV總對

4、地感抗為b）計算6kV皿段及輸煤I段設備對地電容及容抗3號高壓廠用變壓器至632甲、乙開關電纜總長724m對地電容 0. 432卩F; 6kVHA段至輸煤I段電纜長度 722m 對地電容0. 430卩F;甲、乙送風機、1號燃油工作變壓器、3號機低壓廠用工 作變壓器、 3號機循環水泵、低壓廠用公用變壓器總對地電容0. 884卩F; 6kV皿段輔機對地電容 0. 065卩F。貝卩c） 用等效電源方法等效成兩端口網絡，L1, L2, L4為6kVHA 段、皿B段和輸煤I段TV的激磁電感，L3為電纜電感。d）諧振頻率估算本次諧振落在分頻諧振區 A 點，由 HAPeterson 諧振理論可 知，此時發生

5、的諧振頻率是 12 電源頻率。這表明如果參數配置不 當，由于電源波動更易引發低頻諧振。該廠6kV皿段在未引入6kV輸煤I段前未曾發生鐵磁諧振，其諧 振參數計算如下：計算電容為從總電容中減去711開關以后輸煤I段對地電容，對 地容抗計算感抗為2臺并聯TV的感抗，這一點落在 B 點處，在諧振區外，故發生諧振概率大為降低。22 單相對地閃絡激發電感電容效應過電壓網絡中電感、電容匹配不好或者 TV激磁特性不好，當外界電壓波動，尤其是系統中發生單相對地閃絡時，故障相等值的電容就會與另 外兩相等效電感形成諧振參數，但當此電壓升高時，電容上電壓較電 感上電壓升高快，因而故障相阻抗又等值成感抗，從而諧振參數被

6、破 壞，使電壓升高有限，因而稱之為電感電容效應電壓。請看下面實 例。2 21 事發經過2002年3月28日，南方某電廠（2X2 00MWV 2號機組8時并網（1號機組處于檢修中），廠用電由 6kV備用B段提供。10時39分， 6kV備用B段發“接地”光字牌，10時40分發電壓回路“斷線”光子 牌，6kV備用B段發“ TV回路斷線”光子牌，2號爐送風機、2號爐給 水泵、2號機凝結水泵、2號機循環水泵（同在6kVHB段運行）跳 閘，6kV備用段電源開關位置正常，部分設備聯動成功，2號機組維持運行。就地檢查發現6kVIB段、HB段和備用B段TV一次熔斷器三相 均熔斷，HB段TV間隔煙霧較大且有焦味。

7、12時25分啟動 2號送風機運行，但發現其開關間隔冒煙起火， 停電后確認真空開關 W相阻容吸收器燒壞，14時45分更換阻容吸收器 后，重新送 2 號爐送風機運行。13時45分測量6kV備用B段TV、避雷器絕緣良好后，恢復該 TV 小車運行。14時2號機組廠用電轉由本機帶，14時20分發現6kV備用B段 TV的V相一次熔斷器熔斷，且TV溫度很高，更換后重新投入運行。 222原因分析從諧振發生時出現的現象以及事后對設備進行檢查試驗可以得出 結論：是產生電感電容效應過電壓導致上述現象發生，而最后 6kV 備用B段TV的V相燒壞則是在諧振時該相的激磁電流較大，已將匝間 絕緣損壞，當更換熔斷器投運時，短

8、路電流將其燒壞。是什么原因引 發的呢？事發前幾天空氣相對濕度一直高達 95左右，設備絕緣水平明顯 下降。運行中2號送風機真空開關 W相阻容吸收器對地發生持續閃 絡，直到高阻接地，使系統L3相對地總電容和該相TV電感并聯后等 效成容性負載。而L1, L2兩相由于電壓升高，TV激磁電流在過相電壓 后增加迅速，因而等效成感性負載。由于正常運行時TV感抗遠大于系統對地容抗，因而當電壓變化使 L1，L2兩相等值感抗降至和L3相容 抗接近時，系統便發生了諧振。諧振時由于電容電壓較電感電壓升高 更快，因而L3相又等效成感性負載，從而破壞了諧振維持的條件，所 以又稱這種諧振為電感一電容效應。發生電感一電容效應

9、使三相TV同時飽和，激磁電流超過TV 一次熔斷器額定電流，使熔斷器同時熔斷； L3相對地閃絡高阻接地時母線電壓降低，低電壓保護動作切斷6kVHB段所有負荷。具體計算如下：a）TV激磁感抗計算事后對6kVIB段TV進行激磁特性試驗的數據計算出 TV相電壓和 線電壓下激磁感抗b） 計算6kV工作及備用B段對地電容仿上，算出IB段設備每相 對地總電容C2= 0. 996卩F,HB段每相設備對地總電容 C4=0. 811卩F,備用B段電纜及高壓廠用備用電源變壓器低壓側 B分支電 纜每相對地電容CB= 1. 128卩F,最后求得每相對地總電容c）諧振頻率估算諧振等值電路，其中：根據 H. A. Pete

10、rs on 理論，本次 xC/ xL=3. 26/ 50= 0. 065,落在第一區內，即產生了 12次電源頻率諧振。這也和通常理論相吻 合。可知：當電源電動勢和阻抗參數落在某一曲線范圍內時，就將產 生相應頻率的諧振現象，在兩條曲線的邊界區域，兩種諧振現象都有 可能發生，或者從一種狀態過渡到另一種狀態；由于分頻諧振所要求 的電源電壓最低，因而最容易發生；一般只發生基波或分頻諧振。3 采取措施3. 1 一般措施在中性點不接地系統中，一般限制鐵磁諧振過電壓措施可分為兩 大類。第一類是：改變電容、電感參數，使其遠離諧振匹配條件，如對 實例一的分析，除去輸煤I段后，諧振點落在H. A. Peterso

11、n諧振曲 線 B 點，這樣發生諧振條件相對減少；每相母線上安裝電容器，使容抗始終大于感抗不滿足諧振產生條件；采用激磁特性好的TV,并使TV組中3臺TV激磁特性相近，限制同一系統中 TV并聯臺數；或選用容 性TV（如在220kV及以上系統中用電容式電壓互感器）；在 TV高壓側 中性點串接單相TV或系統中性點經消弧線圈接地等。第二類是：消耗諧振能量，阻尼抑制或消除諧振發生。如在TV高壓側中性點串接電阻器；在開口三角側接入非線性電阻器等。3 2 具體措施a） 考慮使阻抗參數盡量避開諧振區，對發生諧振較頻繁的6kV廠 用電，應考慮將6kV電源變壓器中性點改為經消弧線圈接地。b）在多臺并聯運行TV中性點

12、加裝阻尼線阻R0,只要滿足RO6%xL即可消除諧振。在加裝中性點電阻時還應考慮電阻功率及表 面爬電距離。對于JDxJ 6型TV可選用10kQ, 100W 150200mmfe 阻器；或在開三角處經刀閘并聯一個 0. 20. 3Q大功率電阻器，正 常時刀閘處于分開位置，當發生諧振時瞬間合上，過23s 則拉開刀閘。由于電阻消耗掉能量，從而諧振立即消失，這樣可限制基波和分 頻諧振。或采用武漢大學陳維賢教授研制的整流型分頻消諧裝置。c）由于中性點電阻對廠用電空母線合閘阻尼效果不好，還應在TV開口三角側加裝用于限制高次諧波諧振裝置，通常可選用150200W功率白熾燈串接在開口三角側。d）維護好廠用電其它負荷，避免發生對地閃絡或接地等事故引起 的諧振過電壓。e）要按H. A. Peters on理論認真核算不同運行方