論鐵路電力系統電壓諧振的解決對策

論文關(guān)鍵詞：鐵路電力系統；中性點(diǎn)不接地；電壓互感器；諧振過(guò)電壓；消諧措施

論文摘要：在鐵路電力系統中引起電網(wǎng)過(guò)電壓的原因很多，其中諧振過(guò)電壓出現相對頻繁，其危害性較大。過(guò)電壓一旦發(fā)生，往往會(huì )造成電氣設備的損壞、燒毀，甚至發(fā)生停電事故。由于諧振過(guò)電壓作用時(shí)間較長(cháng)，而且不能用避雷器限制，因此在選擇保護措施方面有較大的困難。為避免這一現象的發(fā)生，確保供電的安全、可靠，結合實(shí)際提出相應的解決對策。

1 諧振發(fā)生后的現象

中性點(diǎn)不穩定過(guò)電壓在電力系統中普遍發(fā)生，是電力設備發(fā)生損壞甚至燒毀的重要原因之一，同時(shí)也是電壓互感器燒毀及高壓保險頻繁熔斷的主要原因，在中性點(diǎn)不接地的條件下，偶遇激發(fā)即可發(fā)生諧振過(guò)電壓，對安全供電構成極大威脅。

在電網(wǎng)（變壓器）中性點(diǎn)不接地、電壓互感器對地的感抗與電網(wǎng)的對地容抗相互匹配的條件下，由于突然投入空母線(xiàn)或電網(wǎng)內發(fā)生瞬間電弧接地等原因，使電壓發(fā)生突變，引起電壓互感器鐵心飽和，導致三相對地導納的不對稱(chēng)，便可能產(chǎn)生基波、高次諧波或低分次諧波等三種不同頻率的中性點(diǎn)不穩定過(guò)電壓，而且在同一次過(guò)程中，可能產(chǎn)生兩種不同頻率的過(guò)電壓，即可從一種頻率的諧振狀態(tài)自動(dòng)轉變?yōu)榱硪环N頻率的諧振狀態(tài)。諧振狀態(tài)可能持續較長(cháng)的時(shí)間，也可能突然自動(dòng)消失。諧振發(fā)生后電壓互感器同時(shí)伴有異常聲響。

當產(chǎn)生基波諧振時(shí)，因中性點(diǎn)位移電壓與一相電壓反相，零電位點(diǎn)必須移至線(xiàn)電壓三角形之外，該相電壓顯著(zhù)降低，但不為零，即所謂的一相反傾，其余兩相電壓升高，數值略超過(guò)線(xiàn)電壓，開(kāi)口三角繞組的電壓也略超過(guò)相電壓。

當產(chǎn)生高次諧波諧振時(shí)，因中性點(diǎn)出現高次諧波的位移電壓，它與工頻電壓疊加后，三相電壓同時(shí)升高，其中某一相電壓尤高，開(kāi)口三角繞組同時(shí)也會(huì )出現過(guò)電壓。

當產(chǎn)生低分次諧波諧振時(shí)，三相電壓與正常情況下電壓相比，依次輪流升高，電壓表的指針在相同的范圍內出現低頻擺動(dòng)，開(kāi)口三角繞組也會(huì )出現分

頻零序電壓。分頻諧振，其特征是過(guò)電壓并不高，但流過(guò)電壓互感器繞組的電流很大，可達30～50倍，所以常常使電壓互感器因過(guò)熱而爆炸。

2 諧振的解決措施

（一）總體思路

在中性點(diǎn)不接地系統中，通常限制鐵磁諧振過(guò)電壓措施可采用下述方案。

方案1：在系統（電源）中性點(diǎn)裝設自動(dòng)調諧接地補償裝置（使其自動(dòng)調節，始終處于過(guò)補償狀態(tài)），這也是從根本解決這一問(wèn)題的較好方式，能達到較好的效果，但投資較大。

方案2：改變電容、電感參數，使其遠離諧振匹配條件，如使母線(xiàn)分段運行，使其發(fā)生諧振條件相對減少；每相母線(xiàn)上安裝電容器，使其不滿(mǎn)足諧振產(chǎn)生條件；采用勵磁特性好的PT，并盡可能使PT組中3臺PT勵磁特性相近；限制同一系統中PT并聯(lián)臺數；或選用容性PT；在PT高壓側中性點(diǎn)串接單相PT；等等。

方案3：消耗諧振能量，阻尼抑制或消除諧振發(fā)生。如在PT高壓側中性點(diǎn)串接電阻器；在開(kāi)口三角側接入非線(xiàn)性電阻器等。

（二）具體措施

1、系統中性點(diǎn)（即電源中性點(diǎn)）裝設消弧線(xiàn)圈，使系統阻抗參數盡量避開(kāi)諧振區，對發(fā)生諧振較頻繁自閉、貫通回路，還應考慮將自母互、貫母互電壓互感器中性點(diǎn)改為經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地。

諧振嚴重的變配電所可考慮在電源中性點(diǎn)裝設自動(dòng)調諧接地補償裝置（成本較高）。

組成：接地變壓器、電動(dòng)式消弧線(xiàn)圈、微機控制部分、阻尼電阻部分、中性點(diǎn)專(zhuān)用互感器和非線(xiàn)性電阻。采用自動(dòng)調諧原理的接地補償裝置，可通過(guò)調節實(shí)現過(guò)補償、全補償和欠補償運行方式，來(lái)較好地解決此類(lèi)問(wèn)題。

2、在多臺并聯(lián)運行的電壓互感器中性點(diǎn)加裝阻尼電阻R0，只要滿(mǎn)足R0≥6%XL即可消除諧振。在加裝中性點(diǎn)電阻時(shí)還應考慮電阻的功率及表面爬電距離。對于JDXJ型的電壓互感器，可選用10 kΩ，100 W，150～200 mm電阻器；

由于中性點(diǎn)電阻對空母線(xiàn)合閘阻尼效果不好，還應在TV開(kāi)口三角側加裝用于限制高次諧波諧振裝置，通?？蛇x用150～200 W功率白熾燈串接在開(kāi)口三角側，配合使用效果會(huì )更好一些。

3、在系統電壓互感器中性點(diǎn)安裝消諧器，當系統單相接地時(shí)，消諧裝置上會(huì )出現較高的電

壓使消諧器導通，消耗能量，起到阻尼和限制電流的作用，并且也降低了互感器上的電壓，改善了電壓互感器的伏安特性。但要注意：電阻的選擇不能太大，否則發(fā)生單相接地時(shí)，開(kāi)口三角電壓就會(huì )較低，對保護的正確動(dòng)作有一定的影響。因此宜采用非線(xiàn)性電阻，正常時(shí)，阻值較大，故障時(shí)由于高電壓作用，阻值下降，同樣起到消耗能量和阻尼等的作用，而不會(huì )影響開(kāi)口三角保護功能的可靠性。一般選R≥0.06 XL，容量大于600 VA的電阻。這種方式一般在10 kV及以下的系統中采用。 4、在壓互的開(kāi)口三角裝設消諧裝置或電阻（此方法較易實(shí)現，比高壓側裝設消諧裝置相對容易，不必考慮絕緣距離等等問(wèn)題）。

在壓互的開(kāi)口三角裝設消諧裝置或電阻等價(jià)于高壓側中性點(diǎn)加裝電阻作用，同樣起到阻尼、消諧、抑制諧振的作用。在局管內有的變配電所已經(jīng)采用，開(kāi)口三角裝入200～500 W左右的消諧燈，有的所起到了明顯的作用，有的所作用不甚理想（目前裝設燈泡的方法已較少采用）。

另一方面，可從繼電保護角度考慮，在PT開(kāi)口三角裝設RΔ≤0.4（Xm/K13）的電阻，（K13為互感器一次繞組與開(kāi)口三角形繞組的變比），選擇電阻時(shí)，注意電阻的功率要足夠，在諧振發(fā)生時(shí)，用接地電壓繼電器和時(shí)間繼電器（經(jīng)過(guò)2～3 s延時(shí)）配合，采用自動(dòng)投入、切除的方式。實(shí)現既可以阻尼諧振，也可以對電壓互感器的容量選擇帶來(lái)好處，不影響開(kāi)口三角的保護功能，形成較為完整的保護功能，可限制一般的基波和分頻諧振。即簡(jiǎn)單又實(shí)用，也容易改造既有變配電所。

3 從具體倒閘操作檢修等方面考慮消除鐵磁諧振的方法

（一）給母線(xiàn)充電前先切除PT，充電后再投入PT，停母線(xiàn)時(shí)先切除PT再拉開(kāi)開(kāi)關(guān)。

（二）操作中注意監視母線(xiàn)電壓，如電壓過(guò)高則立即改變方式，合上或拉開(kāi)引起諧振的開(kāi)關(guān)、斷路器或電壓互感器。

（三）減少同一系統中的電壓互感器的投運臺數。在系統中由于保護和計量的需要有多臺電壓互感器同時(shí)投運，這樣PT投運臺數越多，總體伏安特性也就越差，PT的總體電抗也就越小，對于以上問(wèn)題應該加強運行管理，能用一臺PT可以替代二臺的，就不要用兩臺PT同時(shí)運行，在10 kV、35 kV系統中，有些PT中性點(diǎn)不需要接地運行的，就應盡可能不接地運行。

（四）有條件的配電所，可在10 kV母線(xiàn)每相加入對地電容，或選用可靠的電纜來(lái)代替一段出線(xiàn)架空線(xiàn)，也是解決諧振既簡(jiǎn)單又行之有效的方法。

（五）加強運行管理，提高檢修質(zhì)量。在運行過(guò)程中，應盡量在操作中減少過(guò)電壓發(fā)生的可能。例如：對于空載線(xiàn)路應退出重合閘，以防止線(xiàn)路重合而引起的過(guò)電壓，并提高檢修質(zhì)量，消除隱患，注重斷路器三相分合閘同期性的檢驗，以防止斷路器的不同期合閘引起的過(guò)電壓，而激發(fā)諧振的可能性。

（六）維護好系統其它用電負荷，避免發(fā)生對地閃絡(luò )或接地等事故引起的諧振過(guò)電壓。

參考文獻

［1］ 要煥年，曹梅月.電力系統諧振接地，中國電力出版社，1998年版.

［2］ 于永源，楊倚雯：電力系統分析，長(cháng)沙電力學(xué)院，2007，（4）.