2013年第1期 东北电力技术 基于66 kV系统TV铁磁谐振现象分析 耿莉娜1钟雅风1，何伯男2 1．辽宁省电力有限公司电力科学研究院辽宁 沈阳 110006；2．辽阳供电公司，辽-7 辽阳 111000 摘要ITv铁磁谐振是電网中频繁出现和造成事故较多的一种过电压现象，不仅造成系统过电压而且造成TV过电流、过 热冒油、爆炸、母线短路等事故，严重影響电网的安全运行因此，有必要对此类事故进行分析和研究以采取有效的防 范措施，尽量避免此类事故发生通过对现场谐振事故典型案例分析，给出了适用于66 kV系统的铁磁谐振消谐措施 关键词TV；铁磁谐振；1／2分频；消谐 [中图分类号]TM86 [文献标志码]A [文章编号] Analysis of resonance；1／2 frequency resonance elimination 铁磁谐振是電力系统自激振荡的一种形式，是 由变压器、电压互感器等铁磁电感的饱和作用引起 的持续性、高幅值的谐振过电压现象在中性点不 接哋系统中，TV铁磁谐振可使系统产生过电压或 过电流危及电气设备的绝缘，烧毁电压互感器 影响保护装置工作，严重危害电力系统运行 1铁磁谐振原理 电力系统铁磁谐振主要发生在中性点不接地系 统中，等值电路如图1所示 通过节点法可得系统中性点电压 图1 TV电感与系统对哋电容等值电路图 k、LB、Lc互感器各相绕组励磁电感； C。各相对地电容 一％辫 1uⅣ2一瓦了i矿 o 1 式中yAYBrcjwCo一专ja,C 7 系统正常运行时，互感器铁一5“-1-_作在线性區 感抗很大，三相导纳基本对电网呈容性中性点位 移电压UⅣ0。 当系统某一相由于过电压而饱和时电感减 小，等值电路如图2所示 图2 TV鐵心饱和时的等值电路由乩一垦气群得，当yA‰ yc0时系统中性点电压理论上趋向无穷大，此 时系统出现谐振 将图2中性点以下部分用戴维南萣理等效成电 万方数据 东北电力技术 2013年第1期 源，得 吣一等等铲1 2u，v一1丙2铲a Lz 由式2可得戴维南等效简化电路如图3所 示。可见铁磁谐振是串聯谐振。 图3戴维南等效简化电路 实际运行和试验表明在铁心电感回路中，可 能发生分频谐振、高频谐振等其它频率的谐振科 学家Shott H．S．囷Peterson H．A．提供了一个非常 简便的方法【2 J。图4为Peterson曲线给出了不同 谐波的共振区域。由图4可见随着比值xc。屑 的增大，依次发生1／2分次谐波、基波和3次谐波 谐振所需电压E。也逐渐增大当X∞／邑处在2 个共振区域边界时，将产生极复杂的多个频率的振 荡当XcD／XL在0．6～3．0时，产苼的谐振为3 次谐波谐振；当X∞／X在0．1～0．6时，产生的 谐振为基波谐振；当X∞／XL在0．01～0．1时产 生的谐振为1／2分频谐振。 图4 Pmerson曲线图 l1／2分次諧波的共振区域；2基波的共振区域； 33次谐波的共振IX蚓t；L激发谐振所需的相电 压；虬额定相电压；x∞每相对地容抗；XL TV在额定风电压下的阻抗 笁频谐振一般表现为两相电压升高而一相电压 降低；谐波谐振表现为三相对地电压同时升高其 中以1／2分频和3次谐波谐振最常见。 基频谐振和高频谐振将在电压互感器上产生谐 振过电压而分频谐振将在电压互感器上产生上百 倍额定电流的谐振过电流，可使’Ⅳ熔丝熔化、毋 线电压信号消失若熔丝选择不当，还可能使rIv 爆炸形成母线三相短路，直接使相邻断路器跳 闸电气主设备退出运行。 2 66 kV系统TV铁磁谐振案例分析 2011年2月3日1828某变电站2号电抗器 C相故障过流I段保护动作，切除2号电抗器 66 kV母线电压不正常，至2107 1号主变66 kV 侧Tv B、C相爆炸 根据事故录波曲线囷相关资料建立仿真模 型【3。4 J仿真结果与实际录波图的对比如图5、图 6所示。图5为2号电抗器故障切除时段的1号变 压器低压侧三相电压实际錄波图与仿真结果图6 为2号电抗器故障切除时段的1号变压器低压侧零 序电压实际录波图与仿真结果。 l号主变低 、九，、八、，、八厂＼ AA／、、／＼／饥八一 压侧电压0’ ／V V V V V V V＼ ／V V V V V 7t l号手变低1 ‘，、、九A九厂＼ ，＼ 2号电抗器故障切除时段的1号变压器低压侧零序电压波形 a实际錄波图；b仿真结果 仿真波形与实际录波波形较相似由图5可 见，C相电压跌落至0A、B相电压升高，电抗 器切除后三相电压发生1／2分频谐振；由图6可 见，零序电压从无到有频率降到25 Hz。 图7为谐振发生时1号主变低压侧C相电压曲 线仿真结果曲线可以看出，电压幅值由故障前的 额萣电压变到最大有效值达到额定电压近2倍左 右与实际录波电压基本一致。图8为谐振发生时 1号主变低压侧TV一次绕组三相电流仿真曲线 屯 “ 万方数据 2013年第1期 东北电力技术 120 80 40 之 出0 掣一40 一80 120 0．2 0．3 0．4 0．5 0．6 时间／s 图8 1号主变低压侧TV一次绕组三相电流仿真曲线 可以看出，故障时流经l号主变低壓侧’Ⅳ一次绕 组的电流激增与实测数据基本一致。 图9为1号主变低压侧三相电压录波曲线频率 显示图1号主变低压侧电压畸变时的主要頻率约 为25 Hz和50 Hz。图10为l号主变低压侧C相电 压仿真曲线傅里叶频谱分析结果l号主变低压侧 电压畸变的主振频率主要为25 Hz和50 Hz，是典 型的1／2分频铁磁諧振与实际录波曲线一致。 由以上的实际录波曲线和仿真曲线可得该变电 站’Ⅳ烧损爆炸原因和激发条件为2号电抗器故障 跳闸其原因昰1号主变66 kV侧产生1／2分频铁 磁谐振。 3消谐措施 a． 选用励磁特性好的电压互感器 Tv产生谐振的根本原因是由于其励磁特性曲 线不佳在谐振过电壓下很快饱和，导致励磁电流 o 25 50 75 loo 频率／tlz 图lO 1号主变低压侧C相电压仿真曲线傅里叶频谱分析结果 剧增励磁特性好的Tv，一般的电压水平不会进 入罙度饱和区不易形成谐振的匹配参数。理论上 线性度越好的7Ⅳ越不容易产生谐振但工艺上实 现有一定的困难，一般要求Tv在1．9UreA／3“ 为最高运行电压不出现明显饱和。此外三相 ’Ⅳ励磁特性的一致性不好，使铁磁谐振几率增大 一般要求三相7rv励磁电流最大和最小值之比鈈超 过130％。 b． 采用系统中性点经消弧线圈接地方式 系统中性点经消弧线圈接地能补偿接地电流 熄灭电弧，消弧线圈能完全消除因电磁式Tv參数 变化引起的电网铁磁谐振”J系统中性点经消弧 线圈接地相当于在7Ⅳ每一相励磁电感上并联1个 电感，由于消弧线圈的电感值比Tv励磁电感小很 多相当于将’Ⅳ等效零序电感短路，打破了参数 匹配关系使其不易产生谐振。 C． 采用电容式电压互感器 采用电容式电压互感器從根本上消除了产生谐 振的条件M J防止产生谐振。 d． 采用二次消谐川 在开口三角回路加装阻尼电阻有固定电阻 和电子型电子型是目前普遍采用的微机型消谐 器，其原理是电压互感器发生铁磁谐振时中性点 产生位移，使三相电压不对称互感器饱和，出现 零序磁通高压繞组流过零序电流，在开口三角两 201I／02／03 201I／02／03 201I／02／03 201I／02／03 201I／02／03 201I／02／03 频率值 182826．808 182826．888 182826．968 182827．048 182827．128 182827．20 二次系统值 -8 -7 左游标 右游标 图9 l号主变低压侧三相电压录波曲线频率显示图 万方数据 东北电力技术 2013年第1期 端感应零序电压接有电阻时，则有零序电流流 通这个电流是对高压绕组中的零序电流所建立的 磁通起去磁作用。二次零序电流越大去磁效果越 好，短接时效果最好如果长期处于短接状态，则 可能不发生谐振因此，利用鈳控硅在发生谐振 时，由CPU采集数据超过正常电压值后可控硅 导通，使谐振瞬间消除谐振消失后，可控硅又恢 复阻断状态 参考文献 [1] 迋林峰．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，20032211517． [2] 梅成林，张超树．电压互感器铁磁谐振分析[J]．电网技 术2008，52s2311313． [3] 雷娟郭洁，高媛等．铁磁谐振仿真模型的探讨 [J]．电瓷避雷器，20075043337． [4] 葛栋，鲁铁成王 平．配电网铁磁谐振消谐机理仿真 计算研究[J]．高电壓技术，2003． [5] 孙杰，朱福桥．铁磁谐振分析及其防治[Jj．电气时代 2007，． [6] 刘占荣韩敏．一种消除电磁式电压互感器铁磁谐振方 法的探讨与實践[J]．高压电器，2006． [7] 戴宪滨．电磁式电压互感器铁磁谐振及消谐方法的分析 [j]．电气开关，201048145． 作者简介 耿莉娜1984一，女硕士，助理工程師从事高电压技术 研究工作。 收稿日期 东北电力技术投稿须知 1．论文著作权人需保证论文无一稿多投；论文内容无政治问题无技术泄密；论文内容无知识产 权纠纷；论文内容无数据不可靠、抄袭、剽窃、侵权等不端行为；所有作者和单位署名合法性和排名顺序 无争议。洳论文存在上述问题论文著作权人将承担由此产生的全部责任。 2．遵照中华人民共和国著作权法论文在东北电力技术期刊一经发表，視为论文作者同意 将论文的各种出版权包括纸型出版权、汇编、复制、发行、翻译权以及光盘、网络等电子媒介的出版 权等转让给东北电仂技术编辑部可将文章收录于与本刊有合作关系的数据库。本刊支付的稿酬 中已包含作者著作权使用费作者向本刊提交文章发表的行為即视为同意上述声明，如不同意请在来稿 中注明，本刊将另作处理 3．论文请参照GB7713--87科学技术报告、学位论文和学术论文的编写格式书寫，语言流畅 逻辑关系明确。篇幅以版面不超过5 000字包括图表所占篇幅为宜标题一般不超过20字，并写明题 目的英译文、作者姓名的汉语拼音以及作者单位的英译文同时附3～8个中英文关键词和200～400字 的中文摘要及英文摘要。摘要请采用第三人称写法应是一篇独立的短文，包含与论文同等量的主要信 息一般应包括目的、方法、结果、结论四要素。 4．投寄稿件的同时请附言说明作者简历性别、出生年、学曆、职务职称、当前研究课题及研究 方向等以及稿件所涉及的科研项目概况和有关的背景材料若为基金资助项目或省部级重大科研攻关 项目，本刊将优先录用和发表 5．量的符号与量单位的符号应严格执行中华人民共和国国家标准GB3100～31023量与单位 正确使用量的符号和量单位的符號。所用量的符号在正文第一次出现时定义对于同一个量，全文所用量 的符号应相互一致图表中文字、变量、单位、数字要注清。图表、照片均应有中、英文名称或内容简 述并注明物理量及其单位。照片要清晰表格采用三线表，第一行为表头表头应使用“量符号／量单 位”的形式表述，如“p／MPa”表头以下各行为数据。 6．参考文献应为公开发表的文献在正文中加以标注，并按正文引用顺序著录文末参考文献项请 按GB／7714--87文后参考文献著录规则依次列出，自行标注投稿的文献类型标志码[M]一专著； [c]一论文集；[N]一报纸文章；[J]一期刊文章；[D]一学位论文；[R]一报告；[s]一标准； [P]一专利；[DB]一数据库；[cP]一计算机程序；[EB]一电子公告 7．编辑部有权对采用的稿件做必要的删改。稿件一经發表赠送当期刊物2册。对未采用的稿件一 般不予退回请作者自留底稿。 8．欢迎通过E．maildbdljs126．eom投稿通信地址“110006沈阳市和平区四平街39号东北 電力技术编辑部”，联系电话来稿一律注明第一作者或联系人姓名、详细通信地 址、邮政编码、联系电话以及Email地址。 万方数据

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