中性点直接接地系统基波谐振抑制措施研究

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1、1绪论1绪论1.1课题研究的意义谐振是发生在电力系统中的一种不正常运行状态，具有周期性或准周期性，它的特征在于谐波幅值急剧升高，形成谐振过电压，危害电气设备绝缘。电力系统中的互感器、变压器、电抗器、发电机、消弧线圈、线路导线电感等都可视为电感元件，而线路导线的对地电容和相间电容、高压设备的杂散电容、补偿电容器等都可视为电容元件。这一系列的电感电容元件，组成了极为复杂的振荡电路，系统正常运行时，振荡是不会发生的，但是当系统发生故障或者进行分合闸操作时，电网内部被割裂，这些电感电容元件形成的振荡回路可能产生谐振现象。谐振将引起较大幅值的过电压和过电流，并且谐振过电压可以持续很长的时间，甚至可

2、以稳定存在，直到电网有新的操作将谐振条件破坏掉为止。运行经验表明，由于谐振过电压频率高、持续时间长的特点，谐振可以发生在各种不同电压等级的电网中，而且几乎所有的配电网内部过电压事故都是由谐振现象引起。谐振过电压的类型与电力系统参数密切相关，电压等级不同、电力系统结构不同，都有可能产生不同性质的谐振过电压，按其性质可以分为三类：（1）线性谐振：电感的参数可近似地视为线性。（2）铁磁谐振：变压器、互感器铁芯电感的饱和特性，使振荡回路中的电感呈非线性。（3）参数谐振：电感的参数随时间变化做周期性的变化。在电力系统中，由于变压器、互感器铁芯电感的磁饱和而激发起较高幅值的、持续时间较长的过电压，就

3、是铁磁谐振过电压。它是电力系统中内部过电压的一种，严重威胁着电力系统的安全运行。由于谐振产生的过电流和过电压，往往造成变压器的烧毁、避雷器的爆炸、互感器电力等设备的严重事故，甚至人身伤亡。根据以往的运行经验，铁磁谐振在不同电压等级的电力系统中都发生过，因此国内外的很多专家学者都对其进行了研究，并取得了显著的成果。上世纪四十年代初至今，通过对铁磁谐振问题进行了大量研究，已基本查明谐振发生的机理及其抑制措施，但大多研究都是针对配电网进行。目前，随着电网电压等级逐步提高，电网结构趋于复杂化，对于电力系统的操作也更加频繁，中性点直接接地系统[1-9]的铁磁谐振过电压出现的频率增加，该问题也日益突

4、显。而且发生在中性点直接接地系统中的铁磁谐振都是发生在高压侧，造成的损失也更加严重，对电力系统安全运行的[10]危害也更大。表1.1为中性点直接接地系统铁磁谐振案例。1西安科技大学硕士学位论文表1.1中性点直接接地系统铁磁谐振案例事故时间发生谐振变电站谐振现象及后果江西铜业公司贵溪冶炼厂总降B相电压互感器喷油。1985年3月变电站110kV母线大庆电业局所属红旗变电站A相电压互感器爆炸，损坏相邻设备，110kV1991年110kV空母线母线全部停电。江西铜业公司贵溪冶炼厂总降母线互感器开口三角形电压达290V。1999年3月变电站110kV母线湖南毛家塘变电站220kV空母故障持续长达1

5、5分钟，直至三相电压互感器全1999年线部烧毁，全站失压。河南焦作供电局某110kV变电烧毁电压互感器，并使低周减载装置动作，负不详站荷被误切。电压互感器被烧坏，瓷套破碎，铁帽飞落，铁江苏徐州供电局某110kV变电芯上部被烧焦，电压互感器临近的一组避雷器不详站也折断破碎。此次事故除去少送电量不计，仅设备损坏所造成的直接损失就高达八万元。注：表中资料来源于参考文献[11]、[12]、[13]。铁磁谐振过电压是由于系统容抗与PT感抗的参数相匹配而引起的串联谐振，但由于谐振回路中铁芯电感的磁饱和特性，铁芯电感会随磁饱和程度的不同而相应改变，所以非线性振荡回路的自振角频率也会随铁芯饱和程度不同而

6、变化。以往的研究也表明，在不同条件下，系统中有可能发生基频谐振、分频谐振或高频谐振。中性点直接接地系统中的铁磁谐振是空母线投切时，断路器断口均压电容给PT供电引起的。存在着很多的影响因素，例如：互感器的励磁特性的影响，线路对地电容、断路器均压电容的影响，激发方式的影响，以及系统电源的影响。这些因素作用下引发的铁磁谐振所产生的过电压和过电流会烧毁高压保险，甚至引起PT爆炸、烧毁开关柜，母线差动保护动作，造成母线停电事故，不仅影响向用户供电，而且造成主设备损毁，严重威胁着系统的安全运行。在中性点不直接接地系统中，发电厂、变电站的母线上通常接有星形接线的电磁式电压互感器以方便监视绝缘。在系统正

7、常运行的时候，电压互感器（PT）具有很大的励磁阻抗，且三相基本保持平衡，中性点上存在的位移电压很小。但在某些刀闸切换操作或者是在接地故障消失之后，PT三相饱和程度具有很大的差别，它与导线电容或系统中其他电力设备间的杂散电容形成谐振回路，可能激发各种谐波的铁磁谐振过电压，其中[l4]由电压互感器铁芯饱和所引起的谐振过电压最为常见。21绪论在中性点直接接地系统中，由于电压互感器PT的各相绕组与各相电源直接相连，中性点不会产生位移过电压；