串聯(lián)諧振試驗裝置的影響及防護

諧波諧振的危害：

串聯(lián)、并聯(lián)電路諧振頻率與系統電阻無(wú)關(guān),當系統諧波源頻率天時(shí)就會(huì )發(fā)生串聯(lián)或并聯(lián)諧振。若、很小,可以激發(fā)二次或三次諧波的高次諧波諧振過(guò)電壓若、很大,則能激發(fā)分頻諧波的諧振過(guò)電壓,這兩種諧振過(guò)電壓都表現為三相對地電壓的同時(shí)升高,而線(xiàn)電壓正常。試驗研究表明,基波諧振和高次諧波諧振過(guò)電壓一般不超過(guò)倍額定電壓,對于分頻諧波諧振,由于受到電壓互感器鐵芯嚴重飽和的限制,過(guò)電壓一般不超過(guò)倍額定電壓,但勵磁電流急劇增加,瞬時(shí)可高達額定勵磁電流的幾十倍以上,引起高壓保險絲的頻繁熔斷。

①串聯(lián)或并聯(lián)諧振會(huì )產(chǎn)生高于電源數倍的電壓,施加在回路中的電容器、互感器、斷路器等設備上,引起高壓電氣設備絕緣損壞。在熔斷器未及時(shí)熔斷的情況下會(huì )引起電壓互感器噴油、繞組燒毀甚至爆炸。

②諧振引起的過(guò)電壓,還可以導致氧化鋅避雷器的損壞。無(wú)間隙氧化鋅避雷器的過(guò)電壓耐受能力有限,如果選用氧化鋅避雷器的直流電壓偏低,在過(guò)電壓的作用下連續動(dòng)作,最終會(huì )發(fā)生熱崩潰而損壞。

③在電壓互感器熔斷器不能及時(shí)熔斷的情況下,引起電壓互感器二次電壓升高,對二次繼電保護設備和計量?jì)x表的絕緣造成損壞或引起繼電保護設備的誤動(dòng)。

④基波諧振時(shí),出現虛幻接地現象,易引起值班人員的誤判斷,表現為兩相電壓升高,一相電壓降低,線(xiàn)電壓正常,其現象與單相接地相同。

⑤諧振時(shí)電壓互感器鐵芯的飽和會(huì )使變比誤差增大,影響計量、測量精度。

⑥諧波諧振引起電網(wǎng)的諧波損耗增大。

諧波諧振的預防和應對措施：

①少諧波源的產(chǎn)生

在選用鐵芯設備時(shí)盡量選用勵磁特性好、伏安特性高、鐵芯不易飽和的電磁式電壓互感器、變壓器、電抗器。在選用電磁電壓互感器時(shí)應注意同時(shí)提高三相電壓互感器的勵磁特性和伏安特性曲線(xiàn)的線(xiàn)性度,盡量選用同型號、同批次生產(chǎn)的單相電壓互感器,也可以采用電容式電壓互感器代替電磁式電壓互感器。

斷路器三相不同時(shí)合閘,由于合閘瞬間三相電壓的不同,會(huì )引起的三相負載的不對稱(chēng),使電源的中性點(diǎn)產(chǎn)生位移,中性點(diǎn)對地電壓與電源電壓疊加會(huì )使三相對地電壓同時(shí)升高或兩相、單相對地電壓升高,使回路中的電磁式電壓互感器或電抗器線(xiàn)圈很快飽和,激磁電流的波形發(fā)生畸變,產(chǎn)生高次諧波。

②限制諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流在諧波源處裝設交流濾波器是防止諧波源向系統注入諧波電流的有效而通用的措施。

交流濾波器分為調諧濾波器分為單調濾波器和雙調濾波器和高通濾波器,對產(chǎn)生較低次數如、、次諧波含量較大的大容量的諧波源,可對每次諧波各裝一個(gè)單調濾波器,將諧波分別濾除對次數較高的各次諧波如次及以上各次,可通過(guò)安裝一個(gè)高通濾波器將其諧波部濾除。將有源電力濾波器裝設在諧波源處,用于抑制諧波源產(chǎn)生的絕大部分的諧波電流注入系統。

③采取有效措施使系統的參數處于諧振范圍之外改變參數,避開(kāi)諧振區域控制投入電壓互感器的臺數。改變投入補償電容器的組數,在保證系統功率因數要求的前提下,通過(guò)改變系統的容性參數,以避開(kāi)諧振區域。中性點(diǎn)不接地系統經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地。少油斷路器斷口均壓電容與母線(xiàn)電壓互感器發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí),在斷路器遮斷容量允許的條件下,取消斷路器斷口均壓電容器。投入空載線(xiàn)路,改變系統的感性或容性參數。

④從倒閘操作程序上防止諧振的發(fā)生在母線(xiàn)充電倒閘操作過(guò)程中,若電源斷路器由冷備用轉為熱備用時(shí),發(fā)生電壓互感器鐵磁飽和引起的母線(xiàn)諧波諧振,則應立即將斷路器轉入運行,通過(guò)接入空載變壓器或空載線(xiàn)路改變電感、電容參數,來(lái)避開(kāi)諧振區域以消除諧振,或先斷開(kāi)母

電壓互感器刀閘,再將電源斷路器由冷備用轉為熱備用,等母線(xiàn)充電后再將電壓互感器投入在母線(xiàn)停電倒閘操作過(guò)程中,若電源斷路器由運行轉為熱備用時(shí)母線(xiàn)產(chǎn)生諧振,則應立即將其返回運行狀態(tài),將母線(xiàn)電壓互感器刀閘斷開(kāi)后,再操作電源斷路器使母線(xiàn)停電。

⑤增加回路損耗

在電壓互感器的高壓繞組中性點(diǎn)串接阻尼電阻?；蚍蔷€(xiàn)性電阻消諧器如型消諧器后接地,通過(guò)電阻的阻尼作用抑制流過(guò)繞組的諧波電流,避免鐵芯飽和產(chǎn)生的諧波引起諧振。在電壓互感器的二次側零序電壓線(xiàn)圈開(kāi)口三角形繞組中接入低值消諧電阻一。,或采用分頻繼電器,當發(fā)生諧振時(shí)自動(dòng)將非線(xiàn)性電阻接入電壓互感器開(kāi)口三角形回路中。

采用零序電壓互感器。將三臺電壓互感器一次側接成星形,中性點(diǎn)通過(guò)一臺零序電壓互感器接地,主電壓互感器二次輔助線(xiàn)圈接成閉口三角形以防止諧振。

國內外研究現狀：

數十年來(lái),國內外的專(zhuān)家學(xué)者對鐵磁諧振進(jìn)行了大量的研究,包括理論分析、各種試驗以及利用計算機進(jìn)行數值仿真計算等,從各個(gè)小同角度解釋了鐵磁諧振的現象及其變化規律,并提出了一系列抑制鐵磁諧振的措施,研制了相應的裝置,在系統運行中取得了一定的效果。關(guān)于鐵磁諧振的理論分析和計算主要表現在以下幾個(gè)方面:

①在早期的理論分析中,分析鐵磁諧振常用的方法有圖解法、相平而法、多在對鐵磁諧振發(fā)生機理進(jìn)行定性的分析,這些方法簡(jiǎn)捷、直觀(guān),是對模擬實(shí)驗方法的一個(gè)很好的補充。但是,它們的研究對象僅限于單相串聯(lián)的非線(xiàn)性諧振電路。

②年代后,開(kāi)始使用各種非線(xiàn)性系統的分析法對諧振電路一一非線(xiàn)性二階電路進(jìn)行分析。例如,幅頻法、描述函數法、平均法、諧波平衡法等。這些方法都屬于一種近似的解析法,只能對穩態(tài)情況進(jìn)行分析。隨著(zhù)計算方法和計算技術(shù)的發(fā)展,人們將數字仿真引入到鐵磁諧振的研究中來(lái)。對其暫態(tài)特性進(jìn)行了研究。

③年代后期以來(lái),國外學(xué)者又把鐵磁諧振與非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)系統和混沌分析結合起來(lái),將分叉理論、奇異和非奇異吸引子的概念引入鐵磁諧振的研究領(lǐng)域,利用功率譜密度和龐加萊映射的方法和數字仿真技術(shù)對其進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。將鐵磁諧振電路的響應分為三類(lèi)周期響應、擬周期響應和混沌響應。并證實(shí)在一定的初始條件下,電力系統也會(huì )出現混沌現象。

④用數字仿真方法對鐵磁諧振進(jìn)行穩態(tài)和暫態(tài)計算。隨著(zhù)計算機和計算技術(shù)的發(fā)展,近年來(lái)出現了用數字仿真分析鐵磁諧振的方法,利用計算機進(jìn)行數字仿真,我們可以方便的改變系統中的各種參數,使得分析更加全面。

并聯(lián)電容器諧振特性分析：

并聯(lián)電容器是目前國內采用的無(wú)功補償設施,它是為了減少線(xiàn)路上因大量無(wú)功傳輸而引起的電能損失,解決地區無(wú)功電源容量不足,提高功率因數,保證電力系統安全經(jīng)濟運行的重要措施。但是,隨著(zhù)電力系統的發(fā)展和電力電子技術(shù)的廣泛應用,用電負荷的結構發(fā)生了重大的變化,大量的非線(xiàn)性負荷特別是電弧爐、電氣化鐵路、晶閘管調壓及變頻調整裝置的運行,由于其非線(xiàn)性、沖擊性以及不平衡性的用電特性,向電力系統注入大量諧波電流,電網(wǎng)的電壓波形發(fā)生畸變,嚴重地影響了電能質(zhì)量。

當一個(gè)諧波源在諧波頻率下,激勵一個(gè)感抗與容抗大小近似相等的電路,則該電路就會(huì )發(fā)生諧波諧振。電容器的諧波容抗和系統諧波感抗的配合,將造成注入諧波的并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振及諧波的成倍放大,使并聯(lián)電容補償裝置中的電容器和串聯(lián)電抗器產(chǎn)生諧波過(guò)電流、過(guò)電壓和過(guò)負荷,致使電容器異常發(fā)熱,并使電容器的局部放電性能下降,加速絕緣介質(zhì)的老化,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的積累,促使電容器和串聯(lián)電抗器的損壞。同時(shí)使系統諧波水平升高,影響電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行。故需要弄清并聯(lián)電容器諧波諧振的原理,找到切實(shí)解決這一問(wèn)題的方法。