电力系统谐振过电压产生的原因及防范措施
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摘要 电力系统中，厂站因过电压引起故障甚多，特别是谐振过电压，对设备甚至系统安全稳定运行影响大。分析原因，找出问题，提出防治措施很有必要。
关键词 谐振过电压；PT；铁芯饱和；防范措施
中图分类号TM862 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）56-0168-02
0 引言
我国电力系统分为不同电压等级，35kV及以下配电网采取中性点不接地和经消弧线圈接地方式；110kV及以上配电网采取中性点直接接地方式。过电压种类多，主要有谐振、雷电和操作过电压；其中谐振过电压较常见，作用时间长、次数频繁、危害大，须采取措施预防。
1 谐振过电压产生原因
电网运行中，正常时中性点不接地系统PT铁芯饱和易引起谐振过电压；中性点不接地方式发生单相故障可引起谐振过电压。运维人员操作或事故处理方法不当亦会产生谐振过电压。另外设备设计选型、参数不匹配也是谐振过电压产生原因。
2 铁磁谐振
为满足电网测量、保护需要，电力系统中配置大量电感电容元件，如：互感器、电抗器等电感元件；电容器、线路对地电容等电容元件。当进行设备操作或系统故障时，电感电容元件构成振荡回路，在一定条件下产生谐振，损坏设备影响系统。
2.1 原因分析
图1某水厂单串接线图，采用接线，110kV系统中性点直接接地，变压器、PT等分相运行，变压器、PT高压绕组接成Y0，该厂多次发生铁磁谐振过电压。原因：
图1 某水电站单串接线图
1）故障时产生谐振过电压。当系统发生单相故障时，因整个电网系统中电感电容元件参数不匹配，两者共同作用，为谐振产生创造条件，最终导致铁磁谐振过电压发生；
2）操作时产生谐振过电压。110kV开关为双断口且并联均压电容，停送电操作时，先拉5012、5013，再拉50126，其他刀闸均接通。110kV环网通过开关断口电容构成带电磁式PT空母线产生谐振。
2.2 等值电路图
该厂输出线路发生单相接地故障，瞬时A相线路产生接地电流，因避雷器参数不匹配，构成谐振回路而产生谐振过电压。
图2 简化电路图
如图2，L1是1B一次侧电感，L2是2B一次侧电感，Lm是PT一次侧电感，C0是空长线路对地电容，RL是电阻，k为故障点。该系统分相运行，单独提取故障A相。
（a） （b）
图3 等效电路图
由等值原理将图3a转化为振荡电路图3b，Ck为避雷器电容，L为变压器非线性励磁电感。E为C0两端等效展开端电压，C为C0两端向电源侧看入端电容，故L和C两端电压除50Hz基波分量外，还有多种谐波，占主导地位基波可用图解法近似求解幅值。
2.3 基波铁磁谐振图解法
图4 基波串联铁磁谐振伏安特性曲线
图4 电容伏安特性，电感伏安特性, 是电感电容串联支路伏安特性，U、I为工频有效值。特点：
1）曲线Uc与UL交于k点，k点是回路谐振点；
2）已知E大小后，可画一条与I横轴平行直线，曲线U=E与U交于a、b、c三点，表示回路有3个平衡状态；
3）此三点均满足电势平衡条件，但a、c是稳定工作点，b 点不稳定，图3回路只能工作在a、c点；
4）a点为电路非谐振工作点，回路呈感性，回路电流及电感电容上电压小；
5） c点是谐振工作点，工作区超过p点，回路呈容性，电流大，电感电容上出现过电压，电路发生铁磁谐振过电压。
铁磁谐振产生条件:铁芯电感在电流小时未饱和电感值L0，在谐振点k处，UL=Uc，故该点；在Ik左侧，，回路呈感性；在Ik右侧，，回路呈容性。正常时，图3回路工作于a点，受冲击后使回路电流超过U曲线上m点对应电流Im，回路工作点由a点转至c点。可见只有在外界冲击下，图3系统对地电容变化才可激起谐振。
3 谐振过电压预防措施
3.1 选型设计
通过计算选合适设备免形成串联谐振回路。开关无断口电容、分闸弹簧性能好、灭弧性能佳、分闸速度快等；避雷器与电网匹配免构成谐振回路。选励磁特性好PT、电容式PT或增大零序电容消谐。
3.2 技术改进
1）PT开口三角侧装消谐灯泡或消谐器；
2）PT开口三角绕组开口端装非线性阻尼电阻；
3）PT一次侧中性点与地间串接L型消谐器；
4）线路装适当容量高压电抗器。
3.3 操作程序
1）合理操作步骤。如前电站停电操作：拉5012、5013，拉MCB，拉50126；送电相反；
2）采取投入消弧线圈、线路设备倒闸措施消谐；
3）若负荷故障则选切负荷查找故障；
4）限系统电压以减少扰动、谐振时投空载线路改变系统运行、临时拉开PT中性点消谐。
4 结论
谐振过电压频率多、范围广、影响大，内外因共同作用所致，外因是外部故障或进行设备操作，内因是PT铁芯饱和及参数不匹配，故深入分析原因，提出防振消振措施很必要。电网系统在利用先进技术、选取优良设备、加强运维管理后，消除谐振过电压，使电力系统更安全稳定运行。
参考文献
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[2]吴建华，李华.电路原理[M].机械工业出版社，2009-09-01.
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