諧振過電壓產生以及防止措施

一、釋義

諧振是一種穩態現象，因此，電力系統中的諧振過電壓不僅會在操作或事故時的過渡過程中產生，而且還可能在過渡過程結束后較長時間內穩定存在，直到發生新的操作諧振條件受到破壞為止。所以諧振過電壓的持續時間要比操作過電壓長得多，這種過電壓一旦發生，往往會造成嚴重后果。諧振過電壓可在各種電壓等級的網絡中產生，尤其在35kV及以下的電網中，由諧振造成的事故較多，已成為系統內普遍關注的問題。因此，必須在設計時事*行必要的計算和安排，或者采取一定附加措施（如裝設阻尼電阻等），避免形成不利的諧振回路，在日常工作中合理操作防止諧振的產生，降低諧振過電壓幅值和及時消除諧振。在6~35kV系統操作或故障情況下，系統振蕩回路中往往由于變壓器、電壓互感器、消弧線圈等鐵芯電感的磁路飽和作用而激發起持續性的較高幅值的鐵磁諧振過電壓。

35kV及以下配電網采取中性點不接地和經消弧線圈接地方式；110kV及以上配電網采取中性點直接接地方式。過電壓種類多，主要有諧振、雷電和操作過電壓；其中諧振過電壓較常見，作用時間長、次數頻繁、危害大，須采取措施預防。

諧振過電壓指電力系統中一些電感、電容元件在系統進行操作或發生故障時可形成各種振蕩回路，在一定的能源作用下，會產生串聯諧振現象，導致系統某些元件出現嚴重的過電壓。

二、諧振過電壓產生原因

電網運行中，正常時中性點不接地系統PT鐵芯飽和易引起諧振過電壓；中性點不接地方式發生單相故障可引起諧振過電壓。運維人員操作或事故處理方法不當亦會產生諧振過電壓。另外設備設計選型、參數不匹配也是諧振過電壓產生原因。

諧振過電壓對電網造成危害極大，諸如造成電壓互感器熔絲熔斷、電壓互感器燒毀、電網設備絕緣損毀，甚至造成相間短路、保護裝置誤動作等。

操作過電壓和諧振過電壓的區別：

操作過電壓和諧振過電壓都屬于內部過電壓。

操作過電壓，顧名思義，是操作高電壓大電感-電容元件（比如合/分空載長線路、變壓器、并聯電容器、高壓感應電動機等）以及故障線路跳閘/重合閘等產生的過度過程。防止操作過電壓的措施根據操作的對象不同而有所不同，一般采用重擊穿概率低的斷路器或設置金屬氧化物避雷器限制操作過電壓。

諧振過電壓，因系統的電感、電容參數配合不當而引起的各類諧振現象及電壓升高。所以防止諧振過電壓的措施即破壞諧振條件，使參數配合避開諧振區，需要對系統有整體的參數預測，從而調整電網參數。

三、分類

(1) 線性諧振過電壓：諧振回路由不帶鐵芯的電感元件(如輸電線路的電感,變壓器的漏感)或勵磁特性接近線性的帶鐵芯的電感元件(如消弧線圈)和系統中的電容元件所組成。

(2) 鐵磁諧振過電壓：諧振回路由帶鐵芯的電感元件(如空載變壓器、電壓互感器)和系統的電容元件組成。因鐵芯電感元件的飽和現象，使回路的電感參數是非線性的，這種含有非線性電感元件的回路在滿足一定的諧振條件時，會產生鐵磁諧振。

(3) 參數諧振過電壓：由電感參數作周期性變化的電感元件(如凸極發電機的同步電抗在Xd ～ Xq間周期變化)和系統電容元件(如空載線路)組成回路，當參數配合時，通過電感的周期性變化，不斷向諧振系統輸送能量，造成參數諧振過電壓。

（4）中性點不接地系統的諧振分基波諧振、高頻諧振和分頻諧振三種，諧振一般由接地和激發產生，根據運行經驗，當向僅帶有電壓互感器的空母線突然充電時易產生基波諧振;當發生單相接地時易產生分頻諧振，特別是單相接地突然消失(如拉路)時易激發諧振。發生諧振時，相間電壓不變，電壓互感三角會出現諧振頻率電壓，信號會報“系統單相接地”信號，若不仔細分析其電壓變化，會誤認為是系統單相接地故障，對于沒有裝設消弧線圈的變電站，快速消除諧振更為重要，下面對三種諧振現象進行一一分析：

a、基波諧振：發生基波諧振時，相對地電壓有以下兩種現象：

1) 一相電壓下降(不為零)，兩相電壓升高超過線電壓或電壓表頂表；

2) 兩相電壓下降(不為零)，一相電壓升高或電壓表頂表；

其相對地電壓的過電壓小于或等于3倍相電壓。

b、高頻諧振：發生高頻諧振時，其相對地電壓的過電壓小于或等于4倍相電壓，三相對地電壓一起升高，遠遠超過線電壓或電壓表頂表。

c、分頻諧振：發生分頻諧振時，三相對地電壓依相序次序輪流升高或同時升高，并在(1.2~1.4)倍相電壓間做低頻擺動，大約每秒一次。

四、防止中性點不接地電網發生諧振過電壓的措

（1）對中性點絕緣系統，當斷線電源側接地時，為使過電壓不超過一定值，要求線路正序電容與接于線路上變壓器勵磁電抗之比不小于25。

（2）對電磁式電壓互感器的開口三角形接線繞組中加裝電阻，使Ｒ≤0.4ＸT，ＸT為互感器在線電壓下單相換算至輔助繞組的勵磁電抗。

（3）選擇消弧線圈位置時，盡量避免電網中一部分失去消弧線圈的可能性。

（4）采取臨時倒閘措施，如投入事先規定的某些線路或設備。

當用母線向空母線充電時發生諧振，應立即拉開母聯斷路器使母線停電，從而消除諧振。送電時，防止諧振發生的辦法是：采用線路和母線一起充電的方式或者對母線充電前退出電壓互感器，充電正常后再投入電壓互感器。當變壓器向接有電壓互感器的空載母線合閘充電時，在可能條件下，應將變壓器中性點接地或經消弧線圈接地。其目的是防止由于電磁場和電場參數的偶合，即避免在回路中，使感抗等于容抗，發生串聯諧振，從而使諧振過電壓引起電氣設備損壞。

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