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篇1

Key words： PT；magnetic resonance；smart

中圖分類號(hào)：TM451 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2013）14-0054-03

0 引言

為了保證供電的可靠性，變電站內(nèi)主變的10kV側(cè)中性點(diǎn)不接地，由于線路中傳輸?shù)慕涣麟妼?duì)地存在充放電效應(yīng)[1]，因此配電線路（尤其是電纜線）對(duì)地存在分布電容，接于10kV母線上的電壓互感器從工作原理上來說就相當(dāng)于一個(gè)三相小容量變壓器，各相感抗相等，互感器中性點(diǎn)電壓等于零。但如當(dāng)投入空載母線、線路斷線、雷擊、單相接地障發(fā)生和消失或者系統(tǒng)的一些其他干擾引起電壓上升的時(shí)候，電壓互感器的原邊勵(lì)磁感抗隨著勵(lì)磁電流的增大會(huì)逐漸飽和從而使得勵(lì)磁阻抗急劇減小[2]，當(dāng)勵(lì)磁阻抗與線路和系統(tǒng)電容發(fā)生或者接近諧振的時(shí)候就會(huì)使得電壓互感器兩端過電壓，電壓互感器一次勵(lì)磁電流急劇增大，使高壓熔絲熔斷。如果電流尚未達(dá)到熔絲的熔斷值，但超過了電壓互感器額定電流，長時(shí)間處于過電流狀況下運(yùn)行，必然造成電壓互感器燒損。2012年8月岳陽電網(wǎng)220kV漢昌變就發(fā)生了一起因鐵磁諧振引起的電壓互感器燒壞事件，本文深入分析鐵磁諧振發(fā)生的原因，總結(jié)了一些常用的消諧方法，并提出一種新型抑制和消除鐵磁諧振的裝置。

1 系統(tǒng)運(yùn)行方式和事件發(fā)生過程

220kV漢昌變10kV出線是平江縣城主供電源之一，變電站2012年8月16日，當(dāng)時(shí)天氣比較惡劣，有暴風(fēng)，19：20分岳陽電業(yè)局監(jiān)控中心報(bào)220kV漢昌變10kVⅡ母三相電壓不平衡UA=7.86kV，UB=UC=12.35kV，拉開10kV漢洪Ⅰ線后，系統(tǒng)諧振現(xiàn)象消失，但是10kVⅡ母電壓為UA=UB=10.5kV，UC=0。仍存在C相接地現(xiàn)象，當(dāng)班調(diào)度員通知維操人員到達(dá)漢昌變檢查設(shè)備，調(diào)度令拉開10kV漢高線后，接地現(xiàn)象消失。當(dāng)班調(diào)度員通知維操人員到達(dá)漢昌變，在檢查高壓室的時(shí)候發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場有煙霧，10kV3X24TV已經(jīng)燒壞。

2 事件原因分析

根據(jù)事故發(fā)生時(shí)監(jiān)控人員向調(diào)度匯報(bào)的系統(tǒng)運(yùn)行遙測數(shù)據(jù)和聽取現(xiàn)場維操人員對(duì)設(shè)備的檢查情況匯報(bào)，初步可以判斷事件發(fā)生的原因是惡劣的天氣條件引起10kV漢洪Ⅰ線線路瞬間接地，造成電壓互感器兩端過電壓，從而引發(fā)它與系統(tǒng)電容產(chǎn)生諧振，拉開漢洪Ⅰ線后諧振消失，此時(shí)由于刮風(fēng)的緣故10kV漢高線又發(fā)生了C相接地。

2.1 鐵磁諧振分類和特征 由于對(duì)地電容和互感器的參數(shù)不同，在變化的感抗和不同頻率的激勵(lì)源作用下，可能產(chǎn)生三種頻率的共振：基波共振、高次諧波共振和分頻諧波共振[2]。各種共振的表現(xiàn)形式如下：

基波共振：發(fā)生基波共振時(shí)，可分為兩種現(xiàn)象特征，一是系統(tǒng)由兩相電壓升高，一相電壓電壓略低，電壓互感器的中性點(diǎn)對(duì)地有電壓差并且高于相電壓（或者電壓互感器副邊開口三角形有電壓），類似單相接地；或者是二相對(duì)地電壓降低，一相對(duì)地電壓升高，中性點(diǎn)有電壓，以第一種情況較為常見。

分頻諧波共振：分頻諧振也就是電感與電容諧振頻率在低于工頻，此時(shí)互感器三相電壓會(huì)同時(shí)升高，并且電壓互感器中性點(diǎn)有電壓，發(fā)生分頻諧振是電壓互感器一次電流會(huì)急劇增加，甚至可達(dá)正常額定電流的30～50倍或者更高。中性點(diǎn)電壓頻率大多數(shù)低于1/2工頻。

高次諧波共振：高次諧波諧振時(shí)，電壓互感器三相電壓同時(shí)升高，中性點(diǎn)有較高電壓，頻率主要是三次諧波，這是因?yàn)殡妷夯ジ衅鲃?lì)磁繞組飽和后會(huì)產(chǎn)生較多的三次諧波。

2.2 鐵磁諧振的原因分析 變電站的10kV母線上都裝設(shè)電磁式的電壓互感器（TV），在某些擾動(dòng)下如電壓互感器突然合閘的巨大涌流、線路瞬間單相弧光接地等，使電壓互感器發(fā)生三相不同程度的飽和，以至破壞了電網(wǎng)的對(duì)稱，電網(wǎng)中性點(diǎn)就出現(xiàn)較高的位移電壓，設(shè)L1為TV三相并聯(lián)的零值電抗，而當(dāng)L1與3C0回路達(dá)到固定振蕩頻率時(shí)，將會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。隨著系統(tǒng)對(duì)地的電容3C0的增大，依次發(fā)生高次（2、3次）、基波、1/2次分頻諧振。諧振一旦形成，如果諧振激勵(lì)源一直存在或者諧振回路阻尼較小，諧振狀態(tài)可能“自保持”，維持很長時(shí)間不衰減直到遇到新的干擾改變了諧振的條件才可能消除。

設(shè)等效電路圖中的諧振激勵(lì)源為■，電流為■，電壓互感器線圈上的電壓為■L，等效電容電壓為■c，向量圖如下。

從以上向量圖可以看出在串聯(lián)諧振電路中，當(dāng)電感、電容的參數(shù)配合適當(dāng)，隨著激勵(lì)源頻率的不同，電容或者電感上的電壓都有可能成倍的超過激勵(lì)源，諧振過電壓的倍數(shù)與激勵(lì)源的倍數(shù)與諧振回路阻尼R、電壓互感器在飽和情況下電感變化范圍以及激勵(lì)源自身頻率成分有關(guān)。

3 常見的鐵磁諧振抑制和消除方法

防止鐵磁諧振的產(chǎn)生，應(yīng)從改變供電系統(tǒng)電氣參數(shù)著手，破壞回路中發(fā)生鐵磁諧振的參數(shù)匹配。這樣既可防止電壓互感器發(fā)生磁飽和，又可預(yù)防電壓互感器鐵磁諧振過電壓的產(chǎn)生。

3.1 一次消諧法 一次消諧在壓變高壓繞組中性點(diǎn)接消諧電阻如下圖6所示，消諧電阻的作用有兩點(diǎn)：一是起到振蕩回路阻尼的作用，可以防止振蕩電流過大和振蕩時(shí)間過長；二是將振蕩回路的能量進(jìn)行泄放，在發(fā)生鐵磁諧振時(shí)，消諧電阻既能消除電壓互感器飽和過電壓和抑制低頻飽和電流，又能防止高壓熔絲熔斷，同時(shí)只要阻值選擇適當(dāng)，就不影響壓變的正常運(yùn)行，但每一臺(tái)壓變都必須裝設(shè)（尤其是較易發(fā)生鐵芯飽和的壓變），適用于電網(wǎng)較大、對(duì)地電容較大的場合。

采用這種消諧方式，由于在電壓互感器中性點(diǎn)接入了電阻，電網(wǎng)有接地發(fā)生或者三相平衡被破壞時(shí)，消諧電阻與互感器繞組進(jìn)行了分壓，從而使得系統(tǒng)測量電壓偏低，影響測量精度。

3.2 二次消諧 二次消諧器采用高性能的單片微機(jī)作為核心元件，對(duì)TV開口三角電壓（即零序電壓）進(jìn)行循環(huán)檢測。正常工作情況下，該電壓小于30V，裝置內(nèi)的大功率消諧元件（固態(tài)繼電器）處于阻斷狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行不產(chǎn)生影響。當(dāng)TV開口電壓大于30V時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)故障。消諧裝置開始對(duì)此信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字測量、濾波、放大等數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，然后對(duì)檢測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算，得出故障類型。如果當(dāng)前是鐵磁諧振，系統(tǒng)立即啟動(dòng)消諧電路，使固態(tài)繼電器導(dǎo)通，讓鐵磁諧振在阻尼作用下迅速消失。此時(shí)，CPU系統(tǒng)進(jìn)行記錄、存貯，并自動(dòng)報(bào)警、顯示諧振信息（時(shí)間、頻率、電壓值）。

二次消諧發(fā)能有效地抑制壓變飽和過電壓，但它有一定局限性，無法抑制低頻飽和電流，特別是當(dāng)電壓互感器發(fā)生諧振，并且諧振電流很大時(shí)，由于二次側(cè)開口三角形被短路，造成一次側(cè)互感器電流變得更大，同時(shí)裝于消諧裝置裝設(shè)在二次側(cè)，無法抑制一次側(cè)高壓涌流，互感器熔絲仍然容易熔斷；適用于電網(wǎng)較小，對(duì)地電容不大的場合。

4 智能鐵磁諧振抑制和消除法

從以上分析可知無論是一次消諧還是二次消諧，雖然能取得一定的消除和抑制鐵磁諧振的作用，但兩種方法都存在一定的局限性和缺陷。針對(duì)這種情況，本文提出一種基于可控硅的智能鐵磁諧振消諧方法，如下圖8所示，該方法較好的綜合一次消諧和二次消諧優(yōu)點(diǎn)，基于可控硅的智能控制系統(tǒng)能夠很好的彌補(bǔ)一次和二次消諧振方法的缺點(diǎn)。

4.1 工作原理分析 圖8中，智能消諧系統(tǒng)由四部分組成：檢測系統(tǒng)、決策系統(tǒng)、輸出部分以及執(zhí)行部分。檢測系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)檢測電網(wǎng)各種運(yùn)行數(shù)據(jù)，如電壓、電流、頻率成分等，并把這些數(shù)據(jù)送入決策系統(tǒng)；基于專家知識(shí)庫的決策系統(tǒng)接收從檢測系統(tǒng)檢測的數(shù)據(jù)來判斷電網(wǎng)是否發(fā)生了諧振和諧振類型；輸出系統(tǒng)根據(jù)控制系統(tǒng)判斷結(jié)果將控制信號(hào)輸入執(zhí)行部分；執(zhí)行部分用于控制雙向晶閘管的導(dǎo)通角度。電壓互感器發(fā)生諧振時(shí)，控制系統(tǒng)判斷出諧振類型和算出雙向晶閘管的導(dǎo)通角度和導(dǎo)通時(shí)刻，輸出系統(tǒng)將這些信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為執(zhí)行硬件的控制脈沖。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地或者對(duì)稱性被破壞時(shí)，初始狀態(tài)下雙向晶閘管是不導(dǎo)通的，在決策系統(tǒng)做出判斷之前，這是中性點(diǎn)對(duì)地相當(dāng)于開路，從而避免了由于消諧電阻與電壓互感器分壓，保證了消諧裝置檢測系統(tǒng)參數(shù)的準(zhǔn)確性。當(dāng)電壓互感器與系統(tǒng)發(fā)生諧振時(shí)候，雙向晶閘管可正向和反向?qū)ú煌慕嵌龋瑥亩刃Э刂浦C振回路的阻抗，這樣可以有效的破壞振蕩回路的諧振條件，也減小了振蕩電流。

4.2 仿真分析 為了驗(yàn)證新型鐵磁諧振裝置的有效性和正確性，在電力系統(tǒng)仿真軟件PSIM中搭建了仿真模型，如下圖所示，通過合理的設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，仿真模擬了系統(tǒng)持續(xù)發(fā)生接地，由于電壓互感器勵(lì)磁繞組兩端過電壓發(fā)生飽和與系統(tǒng)容抗形成鐵磁諧振。

仿真結(jié)果顯示，在系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地時(shí)，電壓互感器與系統(tǒng)對(duì)地電容發(fā)生諧振時(shí)，新型智能消諧裝置投入后能夠很好地消除鐵磁諧振。在諧振激勵(lì)源持續(xù)存在的時(shí)，一次或者二次消諧裝置只能被動(dòng)的將諧振能量釋放而不能起到破壞諧振條件的作用，基于可控硅的智能消諧裝置既能有效的破壞諧振條件同時(shí)將諧振回路的能量進(jìn)行釋放，而且基于專家知識(shí)庫的決策系統(tǒng)還能判斷出諧振的類型，并依據(jù)諧振類型和諧振的強(qiáng)度輸出不同的控制脈沖。

5 結(jié)語

本文提出的的一種新型智能消諧裝置，綜合了一次消諧裝置能防止電壓互感器飽和過電壓和抑制低頻飽和電流，又能防止高壓熔絲熔斷以及二次消諧裝置能夠進(jìn)行智能判定和快速進(jìn)行諧振能量釋放的優(yōu)點(diǎn)，而且克服了一次、二次消諧裝置存在消諧電阻分壓和泄放電流過大的缺點(diǎn)。仿真結(jié)果證明了該裝置能很好的抑制和消除諧振，在實(shí)際工程應(yīng)用中具有實(shí)踐和推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：