关于消除35kV系统谐振的方法改进

关于消除35kV系统谐振的方法改进
摘要：35kV系统为中性点不接地系统，由于35kV系统线路单相接地或短路、合闸操作于空母线等原因，在运行中往往容易激发电压互感器发生铁磁谐振。

当出现铁磁谐振时，将产生较大的谐振电压，会导致保护电压的不正常采样,造成保护的拒动作或误动作；同时，在电网导线对地电容较大的系统中，其暂态过程往往会产生超低频振荡过电流，导致高压熔断器熔断甚至烧毁电压互感器。

由于设备选型及设计方面的原因，现有的消除谐振的设备及方法已远远不能满足要求；针对现状，提出几种改进的消除谐振的方法。

关键词：中性点不接地系统；铁磁谐振；谐振电压；超低频振荡过电流
０引言
正常情况下，35kV系统为电感回路，但同时对地还有电容，当电压互感器的铁芯在某些激发条件下饱和，造成其感抗变小，并与线路对地电容的容抗相等，达到系统谐振的条件，发生谐振，这样造成保护和计量采样不准确，造成保护误动作和电能采集不精确，严重时会损坏一次设备，影响系统的正常运行；我们对此进行了很多的研究和试验，发现消除其谐振一般可归纳为三大类：
一是从一次设备改变参数，使其电容量与电感量不满足谐振产生的条件，消除谐振；
二是谐振发生后改变，增大回路阻尼效应，抑制谐振；
三是改变互感器接线方式，使互感器的电感在外界激发条件下不改变，不具备谐振发生的条件。

１常规35kV系统消谐设计
常规设计如下
常规设计一如下图所示：常规设计二如下图所示：
图1.1常规设计1 图 1.2常规设计2
1.1常规设计一原理及其消除谐振性能的效果
如上图1.1所示：系统电压互感器一次N端直接接地，三相二次端（测量、保护、计量绕组）采用星形接线，非同名端短接接地，同名端引出做测量、保护、计量用；三相二次端（da、dn绕组）采用开口三角接线，即A相绕组的非同名端接B相绕组的同名端，B相绕组的非同名端接C相绕组的同名端，C 相绕组的非同名端接地，A相绕组的同名端引出接消谐装置和作为零序电压3U0；零序电压3U0在工频下近似为零，但在有高次谐波时，其值较大；此方法正是采用了消除谐振的方法二，谐振发生后改变，增大回路阻尼效应，抑制谐振；当发生谐振时，产生谐波，造成开口三角的电压达到消谐装置设定值，消谐装置启动，抑制其谐振。

该方法由于方法比较简单，在不具备条件时可以采用可调节电阻箱并联电压表指示表来代替消谐装置，其造价成本比较低廉，在早期采用较多；但由于该方法对系统谐振条件改变较小，在出现谐振比较严重的条件下改变作用很有限，现在已较少采用。

1.2常规设计二原理及其消除谐振性能的效果
如上图1.2所示：系统采用4PT接线方式，采用电压互感器一次绕组中性点经零序电压互感器接地，三相二次端（测量、保护、计量绕组）采用星形接线，；非同名端短接串接零序PT的二次绕组接地接地，同名端引出做测量、保护、计量用；三相二次端（da、dn绕组）采用闭合三角接线，即A相绕组的非同名端接B相绕组的同名端，B相绕组的非同名端接C相绕组的同名端，C相绕组的非同名端接地，A相绕组的同名端接C相的非同名端，零序PT的二次绕组（da、dn）作为零序电压3U0，接消谐装置和零序电压表。

此方法正是采用了消除谐振的方法三，改变互感器接线方式，使互感器的电感在激发条件下不改变，不具备谐振发生条件。

该方法采用的零序电压互感器采用高阻锰铜线圈缠绕而成，具有高阻抗性能和能承受较大的热稳定电流的能力，它的阻抗是常规电压互感器的2-3倍，采用此种方法电压互感器一次绕组中性点经零序电压互感器接地，在此情况下，如发生单相接地故障，电压互感器中性点对地有相电压产生，而主PT仍处于正序对称电压之下，电压互感器电感并不发生改变，则电压互感器各相绕组跨接在电源的相电压上，不再与接地电容相并联，因而不会发生中性点位移，也就不会发生谐振，因此，“4PT”接线对抑制铁磁谐振的发生是比较有效的措施。

当系统接地故障消逝后，健全相积累的电荷必须经电压互感器(其中性点接地)对地放电，使电压恢复到正常的电压下，现场测试和理论分析表明，这个暂态过程所产生的电流比正常电流大很多倍，可导致高压熔断器熔断。

这种放电电流频率很低，幅值大，一般称为超低频振荡电流，超低频振荡电流的危害目前在系统中很普遍（因为系统电容比以往大很多）。

当中性点经零序电压互感器接地后，由于零序电压互感器的电阻和高电抗，使超低频振荡电流幅值得到有效的抑制，因此，“4PT”接线对抑制这种超低频振荡电流幅值也是比较有效的措施。

采用该种方法对于抑制系统谐振有一定的作用，消除谐振效果不是很理
想，在谐振不能正常消除时，闭合三角（dadn绕组）会承受很大的电流，可能达到数倍甚至数十倍绕组能承受的热稳定电流，可能会烧坏二次绕组，损坏设备。

2改进的35kV系统消谐设计
改进后的设计
设计一设计二
图2.1 改进设计一图2.2 改进设计二
2.1设计一原理及其消除谐振性能的效果
该图是常规设计二原理的一种改进。

如上图2.1所示：系统采用“4PT”接线方式，采用电压互感器一次绕组中性点经零序电压互感器接地，三相二次端（测量、保护、计量绕组）采用星形接线，；非同名端短接串接零序PT的二次绕组接地接地，同名端引出做测量、保护、计量用；三相二次端（da、dn绕组）采用开口三角接线，即A相绕组的非同名端接B相绕组的同名端，B相绕组的非同名端接C相绕组的同名端，C相绕组的非同名端接零序电压互感器的二次绕组的同名端da，零序电压互感器的二次绕组的非同名端dn接地，A相绕组的同名端引出作为零序电压3U0，接零序电压表和消谐装置。

在采用该项改进后，零序测量回路是由三相电压互感器（主PT）的开口三角与零序电压互感器的一个测量绕组按正极性串联的，它包含了三相电压互感器的零序电压，测量要比原来精确，同时由于零序回路不是短接的，避免了因电容放电电流使开口角绕组热容量不够而烧坏的隐患。

在采用该进的接线方式时应注意零序PT对应的绕组的变比（1a1n、dadn）与系统PT对应绕组的变比（1a1n、dadn）大小一致，应详细核对，另外应采取单独对每相PT直接升压和将每相PT与零序PT分开分别加压的方法检验其一次绕组的变比和一次绕组绝缘，在检验时还应注意三相PT的励磁特性曲线是否匹配及直流电阻和变比是否在允许误差范围之内，防止由于以上人为原因造成的零序电压的升高；
采用该种方法对于抑制系统谐振有很好的作用，但回路较为复杂，对回路理解要求很高，在施工时接线比较复杂，同时在试验检查时和查线时工作量较大，施工隐患点较多，投运之前必须认真检查。

2.2设计二原理及其消除谐振性能的效果
如上图2.2所示：本设计原理是采用方法一从一次设备改变参数，使其电容量与电感量不满足谐振产生的条件，消除谐振；系统采用电压互感器一次绕组中性点经一次消谐器接地，三相二次端（测量、保护、计量绕组）采用星形接线，非同名端短接接地，同名端引出做测量、保护、计量用；三相二次端（da、dn绕组）采用开口三角接线，即A相绕组的非同名端接B相绕组的同名端，B 相绕组的非同名端接C相绕组的同名端，C相绕组的非同名端串接零序PT的二次绕组（da、dn）接地，A相绕组的同名端引出接消谐装置和作为零序电压3U0；
一次消谐器是串在PT一次绕组中性点与地之间的非线性阻尼电阻，采用特殊合金（一般采用碳化硅）进行制作，采用单片大通流非线性元件，避免通流不均匀现象，其非线性特征使得消谐器在正常工作电流段具有较大阻值，在正常时其端电压只有几十伏，可是当电网出现谐振时，导致电压互感器中性点有较高的电压，其化学特性使得它的阻抗随着其端电压的改变而改变，破坏谐振发生的条件，消除谐振；在该设计中将一次消谐器与二次消谐器配合使用，可以最大限度的抑制系统的谐振。

该方法二次接线简单，从根源杜绝了系统的谐振，消谐效果很好，在近年来采用的该套方案的变电站，35kV系统三相电压均衡，基本没有谐振情况出现，尤其在母线空载时效果非常显著，得到了用户的一致好评，有较好的推广性能；
3 结论
本文通过详细的研究35kV系统出现谐振的原因，并根据其产生的原因针对以往的设计提出了修改的方法，得出要解决谐振情况，必须从根源消除其产生谐振的条件，从一次破坏其谐振的环境；从现有的设计方案与改进后的方案对比得出改进后的方案有很大的优点，提高了电力系统的运行可靠性，减少了不必要的损失，有很大的推广空间。

参考文献：
[1]电器装置安装工程电气设备交接试验标准（GB 50150-2006）2006年
[2]重庆市电力公司文件《重庆市电力公司防止10千伏真空开关柜故障的有关技术措施》
渝电生（2007）92号
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。