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论铁路电力系统电压谐振的解决对策
xiao_xiao1 发表于 2009/9/10 13:34:21 844 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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论文摘要：在铁路电力系统中引起电网过电压的原因很多，其中谐振过电压出现相对频繁，其危害性较大。过电压一旦发生，往往会造成电气设备的损坏、烧毁，甚至发生停电事故。由于谐振过电压作用时间较长，而且不能用避雷器限制，因此在选择保护措施方面有较大的困难。为避免这一现象的发生，确保供电的安全、可靠，结合实际提出相应的解决对策。
1 谐振发生后的现象
中性点不稳定过电压在电力系统中普遍发生，是电力设备发生损坏甚至烧毁的重要原因之一，同时也是电压互感器烧毁及高压保险频繁熔断的主要原因，在中性点不接地的条件下，偶遇激发即可发生谐振过电压，对安全供电构成极大威胁。
在电网（变压器）中性点不接地、电压互感器对地的感抗与电网的对地容抗相互匹配的条件下，由于突然投入空母线或电网内发生瞬间电弧接地等原因，使电压发生突变，引起电压互感器铁心饱和，导致三相对地导纳的不对称，便可能产生基波、高次谐波或低分次谐波等三种不同频率的中性点不稳定过电压，而且在同一次过程中，可能产生两种不同频率的过电压，即可从一种频率的谐振状态自动转变为另一种频率的谐振状态。谐振状态可能持续较长的时间，也可能突然自动消失。谐振发生后电压互感器同时伴有异常声响。
当产生基波谐振时，因中性点位移电压与一相电压反相，零电位点必须移至线电压三角形之外，该相电压显著降低，但不为零，即所谓的一相反倾，其余两相电压升高，数值略超过线电压，开口三角绕组的电压也略超过相电压。
当产生高次谐波谐振时，因中性点出现高次谐波的位移电压，它与工频电压叠加后，三相电压同时升高，其中某一相电压尤高，开口三角绕组同时也会出现过电压。
当产生低分次谐波谐振时，三相电压与正常情况下电压相比，依次轮流升高，电压表的指针在相同的范围内出现低频摆动，开口三角绕组也会出现分
频零序电压。分频谐振，其特征是过电压并不高，但流过电压互感器绕组的电流很大，可达30～50倍，所以常常使电压互感器因过热而爆炸。
2 谐振的解决措施
（一）总体思路
在中性点不接地系统中，通常限制铁磁谐振过电压措施可采用下述方案。
方案1：在系统（电源）中性点装设自动调谐接地补偿装置（使其自动调节，始终处于过补偿状态），这也是从根本解决这一问题的较好方式，能达到较好的效果，但投资较大。
方案2：改变电容、电感参数，使其远离谐振匹配条件，如使母线分段运行，使其发生谐振条件相对减少；每相母线上安装电容器，使其不满足谐振产生条件；采用励磁特性好的PT，并尽可能使PT组中3台PT励磁特性相近；限制同一系统中PT并联台数；或选用容性PT；在PT高压侧中性点串接单相PT；等等。
方案3：消耗谐振能量，阻尼抑制或消除谐振发生。如在PT高压侧中性点串接电阻器；在开口三角侧接入非线性电阻器等。
（二）具体措施
1、系统中性点（即电源中性点）装设消弧线圈，使系统阻抗参数尽量避开谐振区，对发生谐振较频繁自闭、贯通回路，还应考虑将自母互、贯母互电压互感器中性点改为经消弧线圈接地。
谐振严重的变配电所可考虑在电源中性点装设自动调谐接地补偿装置（成本较高）。
组成：接地变压器、电动式消弧线圈、微机控制部分、阻尼电阻部分、中性点专用互感器和非线性电阻。采用自动调谐原理的接地补偿装置，可通过调节实现过补偿、全补偿和欠补偿运行方式，来较好地解决此类问题。
2、在多台并联运行的电压互感器中性点加装阻尼电阻R0，只要满足R0≥6%XL即可消除谐振。在加装中性点电阻时还应考虑电阻的功率及表面爬电距离。对于JDXJ型的电压互感器，可选用10 kΩ，100 W，150～200 mm电阻器；
由于中性点电阻对空母线合闸阻尼效果不好，还应在TV开口三角侧加装用于限制高次谐波谐振装置，通常可选用150～200 W功率白炽灯串接在开口三角侧，配合使用效果会更好一些。
3、在系统电压互感器中性点安装消谐器，当系统单相接地时，消谐装置上会出现较高的电
压使消谐器导通，消耗能量，起到阻尼和限制电流的作用，并且也降低了互感器上的电压，改善了电压互感器的伏安特性。但要注意：电阻的选择不能太大，否则发生单相接地时，开口三角电压就会较低，对保护的正确动作有一定的影响。因此宜采用非线性电阻，正常时，阻值较大，故障时由于高电压作用，阻值下降，同样起到消耗能量和阻尼等的作用，而不会影响开口三角保护功能的可靠性。一般选R≥0.06 XL，容量大于600 VA的电阻。这种方式一般在10 kV及以下的系统中采用。
4、在压互的开口三角装设消谐装置或电阻（此方法较易实现，比高压侧装设消谐装置相对容易，不必考虑绝缘距离等等问题）。
在压互的开口三角装设消谐装置或电阻等价于高压侧中性点加装电阻作用，同样起到阻尼、消谐、抑制谐振的作用。在局管内有的变配电所已经采用，开口三角装入200～500 W左右的消谐灯，有的所起到了明显的作用，有的所作用不甚理想（目前装设灯泡的方法已较少采用）。
另一方面，可从继电保护角度考虑，在PT开口三角装设RΔ≤0.4（Xm/K13）的电阻，（K13为互感器一次绕组与开口三角形绕组的变比），选择电阻时，注意电阻的功率要足够，在谐振发生时，用接地电压继电器和时间继电器（经过2～3 s延时）配合，采用自动投入、切除的方式。实现既可以阻尼谐振，也可以对电压互感器的容量选择带来好处，不影响开口三角的保护功能，形成较为完整的保护功能，可限制一般的基波和分频谐振。即简单又实用，也容易改造既有变配电所。
3 从具体倒闸操作检修等方面考虑消除铁磁谐振的方法
（一）给母线充电前先切除PT，充电后再投入PT，停母线时先切除PT再拉开开关。
（二）操作中注意监视母线电压，如电压过高则立即改变方式，合上或拉开引起谐振的开关、断路器或电压互感器。
（三）减少同一系统中的电压互感器的投运台数。在系统中由于保护和计量的需要有多台电压互感器同时投运，这样PT投运台数越多，总体伏安特性也就越差，PT的总体电抗也就越小，对于以上问题应该加强运行管理，能用一台PT可以替代二台的，就不要用两台PT同时运行，在10 kV、35 kV系统中，有些PT中性点不需要接地运行的，就应尽可能不接地运行。
（四）有条件的配电所，可在10 kV母线每相加入对地电容，或选用可靠的电缆来代替一段出线架空线，也是解决谐振既简单又行之有效的方法。
（五）加强运行管理，提高检修质量。在运行过程中，应尽量在操作中减少过电压发生的可能。例如：对于空载线路应退出重合闸，以防止线路重合而引起的过电压，并提高检修质量，消除隐患，注重断路器三相分合闸同期性的检验，以防止断路器的不同期合闸引起的过电压，而激发谐振的可能性。
（六）维护好系统其它用电负荷，避免发生对地闪络或接地等事故引起的谐振过电压。