摘要：在电网运行的过程当中，设备形成的并联谐振或者串联谐振回路造成的谐振会直接导致正常工作中的电网电压产生变化，使对地电压升高。一般这种情况会对电网的运行及设备造成损害，影响到设备的绝缘寿命。本文结合笔者在变电站的工作实际，以某110kV变电站为例，其某段时间内10kV母线谐振现象频繁，对此现象进行分析并提出相应措施。
关键词：变电站；母线；谐振
引言
随着电网结构的扩大，线路增长、出线回路越来越多、架空线路改造为埋地电缆线路，导致线路电容不断增大、消弧线圈补偿不足，从而电网中时有发生谐振现象。因为在发生谐振的时候会产生过电压，对设备绝缘寿命无疑造成了很大程度的影响和威胁，甚至有可能造成重大事故。本文结合理论与实际，分析发生谐振现象的原因并提出相应措施，以提高电力系统的可靠性，从而降低设备事故率。
1.概述
1.1分类
谐振的发生通常是由铁芯电感元件和系统的电容元件形成共振条件，激发持续的铁磁谐振，发生过电压。在电力系统中铁磁谐振分为两类：第一，在66kV及以下中性点绝缘的电网中，由于对地容抗与电磁式电压互感器励磁感抗不利组合，在系统电压大扰动作用下而产生的谐振现象。第二，发生在220kV或110kV变电站空载母线上，当用220kV、110kV带断口均压电容的主开关或母联开关对带电磁式电压互感器的空母线充电过程中，或切除带有电磁式电压互感器的空母线时，操作暂态过程使连接在空母线上的电磁式电压互感器中的一相、两相或三相激发产生的谐振现象。
1.2谐振产生的条件
根据谐振的分类不同，我们从线性谐振探讨谐振现象的产生条件。由线性元件电容C、电阻R和电感L组成的串联回路（见图1），当回路自振频率与电源频率相等或接近相等时，就有可能发生串联线性谐振。由此可以得到简单的线性电路谐振条件为：ωL=1/ωC。其中ω是电力系统固有的工频角速度，L是电感元件的感抗值，C是线形元件中电容元件的容抗值。当上述条件满足时，谐振现象就会发生。
1.3谐振的危害
电压过高或者过低都会对设备造成损害，由于谐振在发生时，会产生长期的谐振过电压，而它持续的时间比操作过电压长得多，甚至是稳定存在的，直到谐振条件被破坏为止，因此在谐振持续的一段时间内，将对电气设备造成破坏性的冲击伤害。谐振过电压的危害性既决定于幅值的大小，又取决于持续时间的长短。一般来说，谐振过电压会危及电气设备的绝缘水平，持续的谐振过电流会烧毁小容量的电感元件。谐振过电压的持续性还会给选择过电压保护措施造成困难。对于中性点接地系统来说，谐振会导致中性点位移及绕组、导线对地有过电压，严重时可能使绝缘闪络，避雷器爆炸，电气设备损坏。还有可能将过电压传到低压侧，造成危害。
2.事件经过及原因分析
2.1谐振现象
某110kV变电站10kV 1M、2M、3M母线段正常方式下分段运行。
现象一：2014年某段时间，10kV1M母线谐振，A、B、C三相电压均在0. 3 ~10.6 kV左右低频摆动，3U0值在100V~107V间波动，10kV1M发母线接地信号。F05开关电流II、III段动作（重合闸未投），开关跳闸。F07开关跳闸。断开F01开关后，谐振现象消失，10kV1M母线接地信号异常信号恢复正常。经巡视发现，F07线路A相4号杆瓷瓶击穿，其余设备无异常。
现象二：2015年某段时间，10kV2M母线连续3次发生谐振，A、B、C三相电压均在0.3~10.6kV左右低频摆动，3U0值在100V~107V间波动、10kV2M发母线接地信号。调度合上分段521开关后，谐振消失。该次谐振使10kV2M母线电压互感器二次保险熔断。
2.2谐振原因分析
电力系统内一般的回路中出现ωL=1/ωC的情况时，这个回路就会出现谐振，感抗一般是由带铁芯的绕组产生的，铁芯饱和时感抗会变小，在中性点不接地系统或小电流接地系统中极易发生谐振。在中性点不接地系统或小电流接地系统中，由于中性点地刀是拉开的，产生中性点位移电压， 的大小与铁磁谐振回路三相对地阻抗—TV非线性电感L、系统对地电容CE是否平衡有关。从图2及图3有可以看出，母线系统的对地电容3CE与母线电压互感器ＴＶ（一次中性点接地）的非线性电感Ｌ组成谐振回路。
图2谐振回路 图3 等值电路
在外界条件激发下，当TV的非线性电感L变化范围不是够大（消弧线圈补偿容量不足），就有可能使得回路中出现ωL=1/ωC的情况，谐振就会发生。发生谐振时，电压互感器一次励磁电流急剧增大，使高压熔丝熔断。如果电流未达到熔丝的熔断值，但超过了电压互感器额定电流，长时间处于过电流状况下运行，必然造成电压互感器烧毁。谐振常见分类及现象判断，如表1.
表1：谐振分类及现象
谐振情况下等值计算参数：ΣXL为系统单相总感抗、ΣXC为系统单相总容抗，L、C为系统单相总电感、总电容，ΣXL=2лfL，ΣXC=1/C2лf，f0=1/2л（母线及其他设备对地电容忽略）。此时ΣXC/ΣX L > 0.01（谐振区为0.01~3），满足谐振条件，所以发生谐振（根据F0及分频谐振特征：三相电压依次轮流升高，三相电压指示在同一范围内低频摆动，可判断为分频谐振）。
3.消除谐振的措施
（1）消除变电站中谐振的影响，最理想的是从其源头上消除。电压互感器选型时尽量采用采用励磁特性较好的电压互感器，而如果用电容式电压互感器替换电磁式电压互感器，将会起到很好的抑制谐振的作用。
（2）小接地电流系统经消弧线圈接地消除谐振。从原理上来说，破坏谐振产生的条件，从而达到消除谐振是最理想的方案，因此在小电流接地系统中，广泛采用中性点经消弧线圈接地，其目的是利用消弧线圈的感性电流补偿接地故障时的容性电流，使接地故障电流减少。在中性点经消弧线圈接地系统补偿时，为避免因发生串联谐振而使消弧线圈感受到很高的电压，需广泛采用过补偿的运行方式。如果使用全补偿方式，肯定会产生谐振现象，而采用欠补偿方式时，很容易产生谐振现象。
（3）变电站中性点不接地或经消弧线圈接地的小电流供电系统，在电压互感器开口三角组回路安装二次谐振消除装置，其作用为当系统发生铁磁谐振或3U0越限故障时，对铁磁谐振进行消除和记录。
4.结论
在本文所提及之某110kV变电站的消谐实践中，经分析，10kV母线谐振原因为母线消弧线圈补偿装置补偿不足，当受到外部电容变化时，使系统中ΣXC/ΣX L > 0.01（谐振区为0.01~3）满足谐振条件，产生谐振，引起谐振过电压，导致设备跳闸、损坏。相应的措施是更换消弧线圈补偿装置增加其补偿量或开口三角绕组装设消谐器。此种方法简单，投资少。
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论文作者:王力勃
论文发表刊物:《防护工程》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/20
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