浅谈热电厂谐振过电压及抑制措施

浅谈热电厂谐振过电压及抑制措施

在电力系统中性点经消弧线圈接地系统中包含有很多电感元件和电容元件。在开关操作或发生故障时，这些电感和电容元件可能形成不同自振频率的振荡回路，在外加电源作用下产生谐振现象，引起谐振过电压。谐振往往在电网某一局部造成过电压，从而危及电气设备的绝缘，甚至产生过电流而烧毁设备。本文针对热电厂发生的故障进行了全面的分析论述，并提出解决问题的措施

标签：真空断路器消弧线圈谐振过电压抑制措施

1 问题出现

2008年10月20日15时40分，运行人员启动＃3炉磨煤机产生操作过电压，造成已运行的＃3炉排粉电机线圈开路，＃4炉引风机电缆一相击穿接地，引起运行中高压电压互感器烧毁及一次高压熔丝烧断。＃3炉、＃4炉、＃1机、＃3机相继停止运行，终止对外供汽，反送电时间长达六小时之久，造成重大经济损失。

2 事故分析

2.1 我厂磨煤机、排粉电机小车开关是真空断路器。真空断路器由于灭弧能力强、电气寿命長、现场维护方便、技术含量高等优点，在电力系统35kV及以下电压等级中被广泛应用。但是，真空断路器在开断运行过程中出现过电压问题时有发生，已成为不可忽视的重要环节。产生过电压分析如下：

2.1.1 真空断路器由于具有高速灭弧能力，在切断电路时，往往在电流过零前被强行开断，在断弧瞬间储藏在负载内的电感与电容之间的电磁能量转换将在负载上产生过电压，这比一般断路器要突出，尤其在最先断开相触头间，有可能因过电压引起电弧重燃，而产生过电压。

2.1.2 如果由于某种原因引起真空开关真空度降低，将严重影响真空断路器开断过电流的能力，以至承受不住恢复电压发生电弧重燃，回路中出现高频电流，高频电流过零时，出现电弧熄灭、重燃循环过程。由于负载侧存在L-C振荡回路（电机线圈、电缆储能元件），则产生很高过电压。

2.2 消弧线圈运行方式存在问题

我厂共有两组消弧线圈，＃1发电机中性点、＃2、3发电机中性点各接一组消弧线圈。出现上述事故前是＃1、＃3发电机，＃3、＃4炉在运行中，而＃1发电机中性点消弧线圈没有投入运行，只有＃3发电机中性点投入运行。前述故障发生后，发生过电压，＃3发电机循环泵运行中突然停运，备用循环泵联动不成功，汽轮机真空急剧下降，＃3发电机被迫停机，也就是说电厂消弧线圈脱离系统，形成谐振，机、炉辅机相继跳闸，全厂停运。

从上图可见，流过接地点电流有感性与容性两种电流。由于我厂消弧线圈是过补偿运行，回路中电流是感性电流。倘若消弧线圈电流突然为零，回路电流由感性突然变成容性，产生相位反倾现象，使电感铁芯极度磁饱和，感抗减少，出现感抗和容抗相等，甚至感抗小于容抗，形成相位反转，引起铁磁谐振。与此同时，回路中电流及电容、电感电压都将大幅度提高，产生铁磁谐振，系统中绝缘薄弱环节发生接地（引风机电缆击穿），机炉相继被迫停止运行。

2.3 在正常运行条件下，电感、电容串联回路中串联回路中一般感抗要大于容抗，由于系统中出现过电压因素电磁式电压互感器电感两端电压突然升高，使电感铁芯饱和，感抗减少，出现感抗和容抗相等，甚至感抗小于容抗，形成相位反转，引起铁磁谐振，

3 消除过电压措施

3.1 将所有真空断路器（北京无线电元件六厂生产）Y5WZ 型氧化锌避雷器改换为大连经济技术开发区法伏安电器公司生产的HY2.5W1复合绝缘交流无间隙金属氧化物电机型避雷器。该避雷器氧化锌压敏电阻片具有良好的非线性伏安特性。在系统电压低于其压敏电压时，呈高阻状态，只有以容性电流为主的很小的（μA级）电流通过；当电压超过氧化锌电阻片压敏电压时，会立即导通氧化锌电阻片，使其呈低阻状态，吸收过电压产生的能量，限制过电压的幅值，因其良好的非线性伏安特性，即使通过的电流达到5kA，其两端的残压仍被限制在规定的范围内。采用这种高性能的氧化锌电阻片作为限压释能元件而制造的氧化锌避雷器因而可有效保证系统和设备的绝缘安全。

3.2 实际测量真空断路器负载感抗、容抗，加电抗器破坏其谐振点。

3.3 提高机炉安全运行系数，加强设备维护，避免设备老化，发生突发事件。

3.4 将两组消弧线圈同时运行。无论发电机组运行方式如何变化，消弧线圈始终有一组投入，并视具体情况，始终保持过补偿IC

3.5 在6KV母线电压互感器的开口三角绕组中加阻尼电阻。见下图

当系统出现扰动，电网中性点位移电压较高时，就有相应电荷经互感器高压绕组流入大地。这个电流使电压互感器铁芯饱和，呈现出非线性工作状态，导致谐振发生。做上述措施后，二次开口三角电流受到限制，并使其迅速衰减，一次电流也受到迅速衰减，从而避免了互感器铁芯饱和，防止谐振发生。当系统发生持续单相接地故障时，在开口三角绕组两端将出现100V工频零序电压，由于非线性电阻作用，经过２-３秒阻值上升到100Ω，而线性电阻R功率为100W，这样既保证了可靠消谐，又满足了互感器容量的要求。

4 结论

采取上述措施以来，电厂没有发生过过电压现象，系统安全、稳定运行。可以说，这几种措施是既经济又实用，是老企业进行技术改造的首选，具有很高的实用价值，宜推广使用。

参考文献：

[1]周泽存.高电压技术[M].北京:水利电力出版社，1988.

[2]王林峰.电磁式电压互感器的谐振及主要限制方法[J].河北电力技术，2003.

[3]黄金辉.“4TV”方式消除铁磁谐振的机理和异常分析[J].华东电力，2000，(10):20-24.

[4]何明.中性点非直接接地系统中电磁式PT.引起的谐振过电压[J].自然科学报，2004，10(1):31-33.

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