试论电网谐振过电压防治方法
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【摘要】在电力系统的运行过程中，过电压是一种很常见的现象，若找不到科学有效的防治方法，随时都可能发生事故。电网过电压发生的成因较多，一般来说有雷电过电压、谐振过电压和操作过电压。过电压的发生，会致使大面积线路停电或重要电气设备的损坏。本文针对谐振过电压的原理、产生原因、特点、危害性等方面做了简单的介绍，并对如何防治谐振过电压做了一些简单的介绍。
【关键词】电网；谐振过电压；原因；原理；防治办法
一、谐振过电压产生的原理
所谓谐振，是指振荡系统中的一种周期性或准周期性的运行状态[1]。通常交流电路中，电容、电感并存于一个回路，各自均有自振频率。往往电源中也有一系列不同的谐波，此时若电流及电压同相，即为阻性电路，这就是谐振。若谐波频率和电路的自振频率趋于一致时，电路会发生谐振现象。
二、电网谐振过电压产生的原因
我国中压配电网多数采取中性点不接地的传统运行方式，其余仍采用老式的消弧线圈直接接地方式[2]。在中性点不接地系统中：一方面，电压互感器的铁芯饱和能够引发铁磁谐振过电压，虽然采取了一些措施，却无法从根本上解决问题；另一方面，对于中性点不接地的运行方式，其主要特点是在发生单相接地故障之后，系统仍然能够维持运行两个小时左右，而不是立即切断电源。中低压电网的扩大，致使电网对地电容电流呈现暴涨趋势，单相接地时，其接地电弧不能自动熄灭而产生一定的电弧过电压，高者会达到相电压的3-5倍，超高的电压直接导致某些绝缘相对薄弱的环节或某点击穿，还容易造成相间短路，进而致使电气设备损坏和发生大面积的停电事故。而采用老式消弧线圈接地的电力系统则由于其自身结构限制，不允许在欠补偿或全补偿的状态下运行，所以，脱谐度通常整定的比较大，大约在百分之二十至三十之间，而对弧光过电压没有任何限制的效果。因为需手动对分接头实施调节，造成无法随电网对地电容电流的变化，并准确、及时的找到最佳的工作位置。这样既影响系统功能发挥，也不适应电网无人值班变电所的需要。
三、电力系统中谐振过电压的分类
谐振过电压按照性质的不通分为三类：有铁磁谐振过电压、参数谐振过电压及其线性谐振过电压。
1、铁磁谐振过电压
谐振回路由带铁芯的感性元件（如最常见的空载变压器、各种线圈、互感器等）与系统中的容性元件组成，由于在系统运行的过程中，铁芯中的感性元件会出现饱和现象，使回路中的电感参数随电流和磁通的变化而发生相应的变化，且会呈现出的非线性特征。一旦满足了特定的条件，即可产生铁磁谐振。铁磁谐振通常包括电流谐振和电压谐振，其中后者最为常见。作为谐振过电压最常出现的一种形式，铁磁谐振过电压属于非线性谐振，当其发生时，相电压的波形畸变可能会非常严重。
2、线性谐振过电压
不带铁芯的感性元件（例如，线路电感等），或励磁特性接近于线性的带铁芯感性元件（例如，消弧线圈等）与线路中的容性元件构成的谐振回路，其电感值不会随元件的电流或电压的变化而发生相应的变化。
3、参数谐振过电压
此类感性元件的电感参数，在受到外界一些能源的作用而产生周期性的变化，由它和系统容性元件构成的谐振回路中，利用元件中的电感参数的周期性变化，不断的把能量送到谐振系统，致使谐振过电压的发生。
四、电网谐振过电压的主要特点
1、在电网正常运行状态下所产生的谐振，仅表现为系统中性点发生位移，而线电压并不会随之改变。2、网络参数条件不管一致与否，不同的激发条件都会生成不同频率的谐振波。3、基频下发生谐振时，系统的中性点可移动至电压三角形以外，这就造成了三相电压的稳态值随之发生明显的非对称性变化，其对地电压将明显升高，最高可达到相电压的3.5倍。4、分频谐振时，各相对地电压同时升高，但会保持不高于系统的线电压。开口三角电压值也可能达到100V，出现假接地的现象。5、谐振过电压并不会影响到其所在位置的上级或下级电网，即不会通过变压器将影响面放大开来。
五、电网谐振过电压的防治办法
1、在消弧线圈回路中串入电阻
在消弧线圈所在的回路串联一个电阻，可以保证该条回路的阻尼率和降低振荡电压的幅值，进而起到对中性点电压偏移量的控制作用。由于低压电网中的中性点偏移会导致电压下降明显，因而为了提高测量精度，最好采用中性点串电阻的互感器。非线性电阻的串入对于欠补偿状态下的谐振过电压的抑制作用尤其明显。
2、消弧线圈引入中性点接地
消谐器的使用并不能完全限制谐振过电压的发生，这是因为消弧线圈能够引起铁磁谐振过电压的非线性分量。但作为能够有效控制间歇性电弧的消弧线圈，一旦被取替将可能造成很严重的后果。如果消弧线圈被引入中性点，上述问题将被很好地解决。而事实上，消弧线圈经由互感器的中性点接地在中低压配电网中早已被非常广泛地应用了[3]。
3、减少同一电网内部并联的电压互感器的数量
如果在电网内部并联有过多的电压互感器，则必定会使系统的感抗值大幅度降低，进而导致总的励磁伏安特性变差。而此时一旦电容电流增大则很容易产生过电压。因而，需尽量减少同一电网并联电压互感器的数量[4]。另外，在电网中，还可以采用如下措施来限制谐振过电压：
a.提高断路器的动作同期性，对预防非全相运行状态时造成的谐振过电压有显著效果。
b.尽量选择伏安特性好的电压互感器，以改变互感器回路的励磁特性。解决谐振问题最根本的方法，就是选择伏安特性尽量好的电压互感器。这样一来，至少可以保证在发生通常水平的过电压时，不至于很快进入铁芯的深度饱和区。
c.对三相分别加装对地电容。当系统中的感抗远远大于容抗的时候，就没那么容易发生铁磁谐振，因而在中低压配电所中，我们可以通过将电容器加装到中性点接地回路中来实现，也可以利用普通电力电缆代替普通架空线路的办法使感抗远超出容抗。
d.在电压互感器的开口三角绕组加装阻尼电阻。将阻尼电阻加装到电压互感器的开口三角后，在系统中发生铁磁谐振后，电阻会实现增强阻尼、限制谐振电压的幅值以及消耗其传递的能量等作用，甚至可以起到破坏铁磁谐振所需条件的作用，以抑制铁磁谐振过电压。
六、结束语
谐振过电压在电力电网中是时有发生的现象，非常普遍，若是没有良好的技术方法和防范措施来抑制谐振过电压，可能会随时发生不必要的电气事故。它给电网带来的灾害是显而易见的，危害巨大的。因此，我们务必要采取科学、积极、有效的防治办法，以保障电力系统正常运行。
参考文献
[1]买亮.浅析电网谐振过电压及其抑制[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2009（01）：21-23
[2]李志全.电网谐振过电压防治的研究与探讨[J].山东电力技术，2009（2）：15-17
[3]赵红梅.谐振过电压产生的原因及其防治措施浅析[J].黑龙江科技信息，2009（11）：39-41
作者简介
李元（1982-），男（汉），陕西西安人，工程师，本科，研究方向：电力系统分析