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串聯諧振過電壓現象及過電壓原因分析

電力系統中有許多電感、電容元件,例如電力變壓器、互感器、發電機、電抗器等的電感;線路導線的對地與相間電容、補償用的串聯和關聯電容器組、各種高壓設備的等值電容。它們的組合可以構成一系列不同自振頻率的振蕩回路,在一定條件下,可能出現持續時間較長的鐵磁諧振過電壓。本文就某220V變電站所發生的諧振過電壓現象,利用鐵磁諧振原理和穩定條件,分析產生的物理過程,并提出消諧的一些措施。

一、串聯諧振過電壓現象

某220V變電所,2001年3月2日進行220KV西母停運的正常檢修操作,在220KV倒母線的操作中,當220KV所有進出線倒至東母運行,斷開母聯斷路器后,發生串聯諧振過電壓。諧振時,220KV西母PT最高電壓達407KV,值班員匯報中調后,中調令220KV旁路斷路器由東母倒西母,并對旁母充電后,諧振消失,時間持續40min。由于諧振經過斷路器斷口并聯電容器,能量不太大,僅損壞三臺互感器未發生爆炸。互感器裝有波紋金屬膨脹器,事故中膨脹器A、B兩相全部頂出互感器。后經試驗發現,互感器內部絕緣三相均損壞,二次繞組燒毀。事故時接線見圖1。

串聯諧振過電壓現象及過電壓原因分析

圖中TV為電壓互感器,Q為母聯斷路器斷口,CL為并聯電容,CB為母線對地電容。該互感器為油浸紙絕緣電磁式,由三只獨立的單相互感器組成Yo,yo,d接線。

二、串聯諧振過電壓分析原理

1、串聯諧振過電壓分析鐵磁諧振

鐵磁諧振僅發生于含有鐵芯電感的電路中。鐵芯電感的電感值隨電壓、電流的大小而變化,不是一個常數,所以鐵磁諧振又稱為非線性諧振。

圖2為最簡單的R、C和鐵芯電感L的串聯電路。假設在正常運行條件下,其初始狀態是感抗大于容抗,即ωL>1/ωC,此時不具備線性諧振條件。但當鐵芯電感兩端電壓有所升高時,或電感線圈中出現涌流時,就有可能使鐵芯飽和,其感抗隨之減小,或者,容抗增大,使ωL=1/ωC(即ω=ωL>1/√LC),滿足串聯諧振條件時,發生諧振,且在電感和電容兩端形成過電壓,這種現象稱為鐵磁諧振現象

串聯諧振過電壓現象及過電壓原因分析

因為諧振回路中電感不是常數,故回路沒有固定的自振頻率;即(ωo非定值)。當諧振頻率fo為工頻(50Hz)時,回路的諧振稱為基波諧振;當ωo為工頻的整數倍;如3倍、5倍等)時,回路的諧振稱為高次諧波諧振;同樣的回路中也可能出現諧振頻率為分次(如1/3次、1/5次等)的諧振,稱為分次諧波諧振。因此,具有各種諧波諧振的可能性是鐵磁諧振的重要特點,這是線性諧振所沒有的。

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