瑚 ㈣ ｍ 配电网铁磁谐振消除措施的探讨 孙园’陈小平 周明辉。 抗和容抗相等时，系统就会发生铁磁谐振现象。分析可知，电流在 １．引言 由于经济持续快速发展，全社会对电量的需求也迅速增加。 ０．５～０．７Ａ之间电压互感器铁芯的饱和程度已经很严重了。因此，选 １０ＫＶ￣Ｎ３５ＫＶ的系统数目也逐年攀升，由于普遍采用中性点不接地 取励磁特性较好的互感器是从根本上预防谐振的一个好方法。励磁 ， ， 、 ｆ （ 的运行方式，随着电缆线路的逐渐增多，致使电网对地电容电流大 特性取决于额定磁密，励磁特性越好互感器额定的磁密度就越少，幅度增加，铁磁谐振现象时有发生，给电网安全带来隐患。因此，对 励磁特性越差互感器的额定的磁密度越大，但由于电压互感器的额 盯一担罐照 一 铁磁谐振的各方面的深入研究是十分迫切的。 ２，常见消谐措施及分析 依据谐振的诱发原因及产生条件，一般从以下几个方面进行研 究：改变电力系统电感、电容元件参数，使它们不具备谐振条件，快 速消耗谐振能量，降低谐振过电压、过电流的倍数。 ２．１主动消谐。配电网中有大量的电磁式电压互感器，当系统在 某些因素的干扰下，质量差的电压互感器达到励磁饱和状态的初始 值小容易饱和，最终可能导致谐振的发生，特别是中性点不接地系 统中更容易产生铁 磁谐振现象。若能 在设计上改变电力 系统电感、电容元 件参数，在参数上 错开引起使谐振的 条件，会在一定程 度上减少谐振的 发生。为了说明这 一原理，对某单相 电压互感器进行了 图１电压互感器励磁特性测试接线图 励磁特性的实验测 试，实验接线图如图１所示，测得励磁特性曲线如图２所示。在励磁 特性曲线中的拐点是当施加的电流值增Ｊｊｎ５ｏ％，而激励出电压值增 加不大于１０％时则该点就是该励磁特性曲线拐点。 电压Ｕ ’ 厂 ／ ｝ ｊ ≯ 一≯ 电压ＬＪ ｌ ０ ｏ ２ Ｏ ４ ０．６ 图２互感器励磁特性曲线图 从图２可判断拐点的过程如下：当电流为０．１４Ａ时，电压大约为 １４９Ｖ，电流增大５０％时电流为０．２１Ａ，此时电压的值大约为１６４Ｖ，比 电流为０．１４Ａ时的电压超过约１０％。因此可以判定此电压互感器的 励磁拐点在０．１４Ａ附近。电流小于０．１４Ａ时，电压跟电流大体呈现线 性关系，即电压互感器的铁芯未达到饱和状态，感抗可以认为是一 固定值；当电流超过０．１４Ａ时，电压跟电流就不在呈现线性关系，随 着电流的增大，电压值基本不变，也就是说感抗的值越来越小，电 压互感器的铁芯饱和越来越严重，在感抗的逐渐减小过程中，当感 ２４ｔ》辩投 始 定磁密度受到成本、互感器的容量、准确级等的限制，使得额定的 磁密度的不能无限制的减少，而且励磁特性较好起始饱和电压比较 高能够减小了谐振发生可能性但发生谐振时电压高危害性更大。 ２．２被动消谐。２．２．１一次消谐。１、电压互感器高压侧经高电阻 接地，在６￣３５ｋＶ的电网中一般选取２０－３０ｋｆ］的电阻值。消谐的机 理是限制零序电压和电流，当零序电压发生偏移，在电压方面零序 电压将加在高电阻上，能够有效地减小互感器的饱和程度，从而 达到防止谐振的发生；在电流方面接有高电阻时，零序电流也会相 应的减小，防止互感器高压绕组的电流过大而烧毁。由上可见，电 阻值的选择相当关键，电阻值选择的越大承受的电压越高，互感器 铁芯就越不容易饱和，防止谐振发生的效果越好，但电阻的取值如 果过大，一方面开１３三角的输出电压会过低使得继电保护装置的拒 动。另一方面电阻取值过大，则中性点的电位会很高，对中性点的绝 缘水平要求较高。电阻也可以选择非线性电阻，选择非线性电阻克 服了线性高电阻的缺陷，当系统工作在正常状态或零序电压偏移较 小时，非线性电阻呈现为高组态，能够起到强大的阻尼作用；当互 感器的零序电压过大时，非线性电阻的阻值迅速较小增大开口三角 的输出电压，使得相应的继电保护动作，而且能够减小Ｎ端的电压 使其不超过Ｎ端的绝缘水平。此方法能够有效的抑制单相接地故障 消除时引起的涌流，涌流的电流比较大可达几十倍甚至上百倍的额 定励磁电流，导致互感器的铁芯严重饱和，最终导致谐振的发生。 当涌流达到熔断器的设定值时，熔丝熔断保护了互感器；当涌流未 达到熔丝的设定值时，过电流在绕组的持续发热会引起互感器的烧 毁。２、‘＇４ＰＴ”消谐。４ＰＴ是指在互感器的零序串接一个单相电压互 感器，在电压互感器的中性点发生电位偏移时，单相互感器的电感 远小于三相电压互感器的非线性电感，因此，大部分的零序电压全 都加在零序ＰＴ上，相当于改善了三相电压互感器的励磁特性，使得 互感器铁芯不易饱和，不至于引起谐振，而且采用零序串ＰＴ的方法 能够消除三次谐波对二次相电压测量的不良影响。３、电源中性点经 消弧线圈接地。这种情况下，消弧线圈的作用不在于补偿电容电流， 而是因消弧线圈感抗值远小于ＰＴ的励磁电感，回路的零序自振角频 率将决定于３倍消弧线圈的感抗值和ＣＯ，ＰＴ引起的共振现象成为不 直 Ｂ 图３微机消谐接线图 可。能。 （＞ 上接第２３９页） ２．２．２二次消谐。在开口三角绕组串接电阻或微机消谐器，两者 由塔顶对该相导线进行反击，可能造成线路跳闸 己ｔｌｄ ０ ３ 本质上是一样的，都是起到阻尼的作用。通常采用的微机型消谐器 接线如图３所示。 当发生铁磁谐振时，装置起动消谐期间晶闸管全导通呈低阻’ 态，电阻值很小，约为Ｍｒ２级别，可迅速消耗能量，产生强大的阻尼 “ 。．三堕 整Ｌ （１—３） 作用，从而消除铁磁谐振。当谐振排除后，晶闸管能够自动的截止， 需要时可以重复动作。 ２．６ ２，６ ＡＣＴ的防反击雷装置，其中 ２．２．３消谐措施的比较。（１）由于４ＰＴ接线零序电压互感器采用 的是普通的互感器，互感器的感抗和直流电阻通常都是比较小的， 因此对抑制低频饱和电流的效果不是非常的理想。４ＰＴ由于开口 ＩＬ 表示流过ＡＣＴ电感的电流值。 Ｕ 。％表示绝缘子串导线下端为正极时的５０％冲击放电电压值。 ｈｄ。表示导线平均高度。 Ｉ表示遭受雷击时所耐受的不致引起绝缘闪络的最大雷电 三角的回路是短接的，在电力系统的容量比较大，当系统中出现单 流。 ‘ 相弧光接地、单相断线等故障的情况下，所产生的零序电压的值较 Ｕ 表示塔顶电压。 大，使得开口三角感应的电压也较大回路形成的环流值也就较大， Ｃ 表示绝缘子与杆塔之间的电容。 如果环流的值达到一定的程度可能会使得电压互感器的热容量不 Ｉ。 表示闪络电流。 够而被烧坏。（２）高压侧经高电阻接地消谐存在如下问题：一方面， Ｕ 表示反击雷发生时的电压。 电阻的热容量受到限制而去不容易烧制，零序的电压值都加在电阻 上式（卜３）所示经ＡＣＴ流经杆塔的雷电流幅值减小，Ｕ 。 ５ Ｕ 上，此时如果电阻的热容量不够时，发热量过大会使电阻损坏而起 的概率降低。 不到阻尼的作用最终失去消谐的效果，电阻值取的越大消谐效果越 当谈及到导线发生反击雷概率是否能够在新型装置的辅助下 好但电阻如果过大，电阻的热容量是一个问题，还有就是中性点的 Ｊｔｌ￣Ｆ１］减小的时候，可以铜鼓下述方式进行数据处理，得出相应的结 对地的绝缘水平可能不够。此外，该消谐措施的另一缺点是造成三 论。雷击杆塔时，避雷线具有塔顶电位Ｕ ，由于耦合关系导线上产 相电压的不平衡。（３）微机消谐的缺点是采用电子器件，当电子器 生的耦合电压ｋＵ 。因此，避雷线与导线上的电位差为 件失效时造成互感器损坏是很严重的。谐振发生时，由于使用的是 （１ Ｉ ｊ （卜４） 电力电子器件，对数据的采集也是需要一定的时间的，因此，消除 与此同时，避雷线遭受雷击时，导线上产生的感应电压为： 谐振是一个过程。采集数据造成的延时有可能错过阻尼的最佳时 ＆ 旺Ｉ量） （卜５） 间，而达不到消谐的效果。综上所述，二次消谐器是通过消耗能量 利用叠加原理，导线绝缘子串上产生的电压最大值为： 产生强大的阻尼效果，能够较少谐振对互感器所造成的损坏，而不 ＝ （１ Ｉ 十＆ 《ｌ Ｉ的 能消除高压侧熔断器频繁发生熔断。主要原因是由于二次消谐对于 高压侧因故障产生的涌流无效。一次消谐器的应用，能够起到有效 ＝ ｅ（露 十 ）（ ㈤（１－６） 的消谐以及也对低频放电电流的良好的抑制作用，但因其正常运行 当Ｕ 大于或等于绝缘子串的５０％冲击放电电压Ｕ 时，导线发 情况的时候，三相电压不平衡和过高的零序电压，以及中性点对地 生反击，形成导线与接地体（杆塔或避雷线）之间的短路，引起线路 的电压可能超过电压互感器的绝缘水平，甚至因为消谐器的热容量 ＃ｌｓｌＹｑ。线路的耐雷水平为： 不够而导致消谐器装置被烧坏，而失去消谐作用。因此，必须采取 ６——— 一些补救措施才能得以安全运行。开口角短接的４ＰＴ接线对消谐和 抑制超低频振荡电流效果都是不错的，但是对零序电压的测量不准 （ Ｉ ＋ ＋ ２） （．６１＿７） 确，同时开口角内的环流可能会烧毁电压互感器。 当雷击ＡＣＴ时，此时线路耐雷水平公式变为： ３．消谐建议 虽然电力系统谐振难以避免，但在日常维护中，运行人员可采取 。 —— 可 下述措施在最大程度上避免或减少谐振的发生。（１）定期或不定期 （１㈤ ／ｎ ／‘ｎ ） 。 。。。 Ｍ－－８）， 巡查线路负荷，禁止或减少谐波含量过高的负载投运。（２）定期或 雷击条件相同，经ＡＣＴ流过杆塔的雷电流幅值变小 ～“，导 不定期巡查架空线路，修剪和清理靠近线路的树枝，以避免刮风下 线与接地体之间的电位差变小， 雨时树枝碰到架空线路而引起对地短路 （３）若有城建施工，需尽 早提醒施工人员该地段有电力电缆，避免施工挖破电缆寻ｌ起短路故 《ｌ ｌｌｎ Ｉ ；ｆ 十生 里ｊ＜，２ ６ ２・６ ｒｉＩ ）ｆ厅。＋三２ ６ 芝 主蔓 ２一，ＡＣＴ的 障。（４）提高员工对铁磁谐振的认识，加强员工的意识，规范操作， 接入，使导线发生逆闪络的概率降低。 在谐振发生时，能够迅速做出判断，及时的排除故障，从而保障电 三．总结 力系统的安全运行。 在复杂的高原山地的环境中，天气状况比较恶劣，雷暴天气是 ４，结语 十分常见的，倘若不能使用有效的防反击雷的装置来保障雷电安全 本文对引起谐振主要因素的电压互感器做了实验分析，并分析 的话，必然会对社会大众的生命财产安全带来较大的威胁，本文所 比较了防治谐振的多种方法 结果表明，一次消谐效果较好于二次 阐述的新型的防反击雷的装置的最大的特征便是在杆塔以及接闪 消谐；各地的用户需根据自己的实际的负荷特点、运行情况，选取较 器之间的反击雷电感与防反击雷电感串联的防反击雷电阻，使得在 为适合的防治措施。 杆塔和接闪器之间，使原来的一条雷电泄流通道变为两条雷电泄流 （作者单位：１．厦门理工学院电气工程与自动化学院 ２．国网三明 通道。进而减／ｂＴ流过杆塔的电流幅值、及提高了发生反击雷需要 供电公司 ５．ＡＢＢ（中国）有限公司厦门分公司） 的电压，从而达到提高防雷击的效果。 （作者单位：国网浙江省电力公司台州供电公司） 【基金项目】福建省教育厅科技项￣ｌ（ｄＡ１；５２５５） 科设 ｊ 歉２４１
