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串聯(lián)諧振過電壓現(xiàn)象及過電壓原因分析

電力系統(tǒng)中有許多電感、電容元件,例如電力變壓器、互感器、發(fā)電機(jī)、電抗器等的電感;線路導(dǎo)線的對(duì)地與相間電容、補(bǔ)償用的串聯(lián)和關(guān)聯(lián)電容器組、各種高壓設(shè)備的等值電容。它們的組合可以構(gòu)成一系列不同自振頻率的振蕩回路,在一定條件下,可能出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的鐵磁諧振過電壓。本文就某220V變電站所發(fā)生的諧振過電壓現(xiàn)象,利用鐵磁諧振原理和穩(wěn)定條件,分析產(chǎn)生的物理過程,并提出消諧的一些措施。

一、串聯(lián)諧振過電壓現(xiàn)象

某220V變電所,2001年3月2日進(jìn)行220KV西母停運(yùn)的正常檢修操作,在220KV倒母線的操作中,當(dāng)220KV所有進(jìn)出線倒至東母運(yùn)行,斷開母聯(lián)斷路器后,發(fā)生串聯(lián)諧振過電壓。諧振時(shí),220KV西母PT最高電壓達(dá)407KV,值班員匯報(bào)中調(diào)后,中調(diào)令220KV旁路斷路器由東母倒西母,并對(duì)旁母充電后,諧振消失,時(shí)間持續(xù)40min。由于諧振經(jīng)過斷路器斷口并聯(lián)電容器,能量不太大,僅損壞三臺(tái)互感器未發(fā)生爆炸。互感器裝有波紋金屬膨脹器,事故中膨脹器A、B兩相全部頂出互感器。后經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),互感器內(nèi)部絕緣三相均損壞,二次繞組燒毀。事故時(shí)接線見圖1。

串聯(lián)諧振過電壓現(xiàn)象及過電壓原因分析

圖中TV為電壓互感器,Q為母聯(lián)斷路器斷口,CL為并聯(lián)電容,CB為母線對(duì)地電容。該互感器為油浸紙絕緣電磁式,由三只獨(dú)立的單相互感器組成Yo,yo,d接線。

二、串聯(lián)諧振過電壓分析原理

1、串聯(lián)諧振過電壓分析鐵磁諧振

鐵磁諧振僅發(fā)生于含有鐵芯電感的電路中。鐵芯電感的電感值隨電壓、電流的大小而變化,不是一個(gè)常數(shù),所以鐵磁諧振又稱為非線性諧振。

圖2為最簡(jiǎn)單的R、C和鐵芯電感L的串聯(lián)電路。假設(shè)在正常運(yùn)行條件下,其初始狀態(tài)是感抗大于容抗,即ωL>1/ωC,此時(shí)不具備線性諧振條件。但當(dāng)鐵芯電感兩端電壓有所升高時(shí),或電感線圈中出現(xiàn)涌流時(shí),就有可能使鐵芯飽和,其感抗隨之減小,或者,容抗增大,使ωL=1/ωC(即ω=ωL>1/√LC),滿足串聯(lián)諧振條件時(shí),發(fā)生諧振,且在電感和電容兩端形成過電壓,這種現(xiàn)象稱為鐵磁諧振現(xiàn)象

串聯(lián)諧振過電壓現(xiàn)象及過電壓原因分析

因?yàn)橹C振回路中電感不是常數(shù),故回路沒有固定的自振頻率;即(ωo非定值)。當(dāng)諧振頻率fo為工頻(50Hz)時(shí),回路的諧振稱為基波諧振;當(dāng)ωo為工頻的整數(shù)倍;如3倍、5倍等)時(shí),回路的諧振稱為高次諧波諧振;同樣的回路中也可能出現(xiàn)諧振頻率為分次(如1/3次、1/5次等)的諧振,稱為分次諧波諧振。因此,具有各種諧波諧振的可能性是鐵磁諧振的重要特點(diǎn),這是線性諧振所沒有的。

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