串聯諧振試驗裝置的影響及防護

諧波諧振的危害：

串聯、并聯電路諧振頻率與系統電阻無關,當系統諧波源頻率天時就會發生串聯或并聯諧振。若、很小,可以激發二次或三次諧波的高次諧波諧振過電壓若、很大,則能激發分頻諧波的諧振過電壓,這兩種諧振過電壓都表現為三相對地電壓的同時升高,而線電壓正常。試驗研究表明,基波諧振和高次諧波諧振過電壓一般不超過倍額定電壓,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,過電壓一般不超過倍額定電壓,但勵磁電流急劇增加,瞬時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串聯或并聯諧振會產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。在熔斷器未及時熔斷的情況下會引起電壓互感器噴油、繞組燒毀甚至爆炸。

②諧振引起的過電壓,還可以導致氧化鋅避雷器的損壞。無間隙氧化鋅避雷器的過電壓耐受能力有限,如果選用氧化鋅避雷器的直流電壓偏低,在過電壓的作用下連續動作,最終會發生熱崩潰而損壞。

③在電壓互感器熔斷器不能及時熔斷的情況下,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儀表的絕緣造成損壞或引起繼電保護設備的誤動。

④基波諧振時,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,線電壓正常,其現象與單相接地相同。

⑤諧振時電壓互感器鐵芯的飽和會使變比誤差增大,影響計量、測量精度。

⑥諧波諧振引起電網的諧波損耗增大。

諧波諧振的預防和應對措施：

①少諧波源的產生

在選用鐵芯設備時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應注意同時提高三相電壓互感器的勵磁特性和伏安特性曲線的線性度,盡量選用同型號、同批次生產的單相電壓互感器,也可以采用電容式電壓互感器代替電磁式電壓互感器。

斷路器三相不同時合閘,由于合閘瞬間三相電壓的不同,會引起的三相負載的不對稱,使電源的中性點產生位移,中性點對地電壓與電源電壓疊加會使三相對地電壓同時升高或兩相、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圈很快飽和,激磁電流的波形發生畸變,產生高次諧波。

②限制諧波源注入電網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,可通過安裝一個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,通過改變系統的容性參數,以避開諧振區域。中性點不接地系統經消弧線圈接地。少油斷路器斷口均壓電容與母線電壓互感器發生串聯諧振時,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生在母線充電倒閘操作過程中,若電源斷路器由冷備用轉為熱備用時,發生電壓互感器鐵磁飽和引起的母線諧波諧振,則應立即將斷路器轉入運行,通過接入空載變壓器或空載線路改變電感、電容參數,來避開諧振區域以消除諧振,或先斷開母

電壓互感器刀閘,再將電源斷路器由冷備用轉為熱備用,等母線充電后再將電壓互感器投入在母線停電倒閘操作過程中,若電源斷路器由運行轉為熱備用時母線產生諧振,則應立即將其返回運行狀態,將母線電壓互感器刀閘斷開后,再操作電源斷路器使母線停電。

⑤增加回路損耗

在電壓互感器的高壓繞組中性點串接阻尼電阻。或非線性電阻消諧器如型消諧器后接地,通過電阻的阻尼作用抑制流過繞組的諧波電流,避免鐵芯飽和產生的諧波引起諧振。在電壓互感器的二次側零序電壓線圈開口三角形繞組中接入低值消諧電阻一。,或采用分頻繼電器,當發生諧振時自動將非線性電阻接入電壓互感器開口三角形回路中。

采用零序電壓互感器。將三臺電壓互感器一次側接成星形,中性點通過一臺零序電壓互感器接地,主電壓互感器二次輔助線圈接成閉口三角形以防止諧振。

國內外研究現狀：

數十年來,國內外的專家學者對鐵磁諧振進行了大量的研究,包括理論分析、各種試驗以及利用計算機進行數值仿真計算等,從各個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。關于鐵磁諧振的理論分析和計算主要表現在以下幾個方面:

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、多在對鐵磁諧振發生機理進行定性的分析,這些方法簡捷、直觀,是對模擬實驗方法的一個很好的補充。但是,它們的研究對象僅限于單相串聯的非線性諧振電路。

②年代后,開始使用各種非線性系統的分析法對諧振電路一一非線性二階電路進行分析。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,只能對穩態情況進行分析。隨著計算方法和計算技術的發展,人們將數字仿真引入到鐵磁諧振的研究中來。對其暫態特性進行了研究。

③年代后期以來,國外學者又把鐵磁諧振與非線性動態系統和混沌分析結合起來,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域,利用功率譜密度和龐加萊映射的方法和數字仿真技術對其進行動態分析。將鐵磁諧振電路的響應分為三類周期響應、擬周期響應和混沌響應。并證實在一定的初始條件下,電力系統也會出現混沌現象。

④用數字仿真方法對鐵磁諧振進行穩態和暫態計算。隨著計算機和計算技術的發展,近年來出現了用數字仿真分析鐵磁諧振的方法,利用計算機進行數字仿真,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。

并聯電容器諧振特性分析：

并聯電容器是目前國內采用的無功補償設施,它是為了減少線路上因大量無功傳輸而引起的電能損失,解決地區無功電源容量不足,提高功率因數,保證電力系統安全經濟運行的重要措施。但是,隨著電力系統的發展和電力電子技術的廣泛應用,用電負荷的結構發生了重大的變化,大量的非線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,電網的電壓波形發生畸變,嚴重地影響了電能質量。

當一個諧波源在諧波頻率下,激勵一個感抗與容抗大小近似相等的電路,則該電路就會發生諧波諧振。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諧振或串聯諧振及諧波的成倍放大,使并聯電容補償裝置中的電容器和串聯電抗器產生諧波過電流、過電壓和過負荷,致使電容器異常發熱,并使電容器的局部放電性能下降,加速絕緣介質的老化,經過一段時間的積累,促使電容器和串聯電抗器的損壞。同時使系統諧波水平升高,影響電網的安全經濟運行。故需要弄清并聯電容器諧波諧振的原理,找到切實解決這一問題的方法。