電力系統(tǒng)常見消諧方案介紹

電力系統(tǒng)常見消諧方案介紹
(一)微機(jī)消諧裝置
微機(jī)消諧裝置也稱二次消諧器，被安裝在電壓互感器(PT)的開口三角繞組上。正常
運(yùn)行或者發(fā)生單相接地故障時(shí)裝置不動(dòng)作，而一旦判定電網(wǎng)發(fā)生鐵磁諧振時(shí)，便會(huì)使正
反并聯(lián)在開口三角兩端的2只晶閘管交替過零觸發(fā)導(dǎo)通以限制和阻尼鐵磁諧振，當(dāng)諧振
消除后晶閘管自行截止，必要時(shí)可以重復(fù)動(dòng)作。裝置起動(dòng)消諧期間，晶閘管全導(dǎo)通，呈
低阻態(tài)，電阻為幾mΩ至幾十mΩ。如此小的電阻值足以阻尼高頻、基頻及分頻3種諧
振，而且對(duì)整個(gè)電網(wǎng)有效，即一個(gè)系統(tǒng)中只需選擇1臺(tái)互感器安裝消諧裝置即可。
微機(jī)消諧裝置的主要缺點(diǎn)是難以正確區(qū)分基波諧振和單相接地。目前，對(duì)基波諧振
和單相接地故障判據(jù)的主要區(qū)別在于零序電壓U0的高低。通常，基頻諧振定為當(dāng)U０
≥150V時(shí)；當(dāng)30V≤U０＜145V時(shí)定為單相接地故障。為了防止在單相接地時(shí)由于裝置
誤動(dòng)使PT長時(shí)間過負(fù)荷而燒毀的情況發(fā)生，通常將該裝置基頻諧振的判據(jù)電壓定得比較
高。這樣，在工頻位移電壓不是很高的情況下（如空母線合閘）裝置將無法動(dòng)作，就可
能使某些勵(lì)磁特性欠佳、鐵心易飽和PT的熔絲熔斷。而且這種裝置當(dāng)電網(wǎng)對(duì)地電容較大
時(shí)，它對(duì)防止間歇性接地或接地消失瞬間互感器因瞬時(shí)飽和涌流而造成熔絲熔斷的事故
無能為力。此外，在持續(xù)時(shí)間較長的間歇電弧過電壓激發(fā)下，流過PT高壓繞組的電流將
顯著增大，仍可能會(huì)燒壞PT。
由于基頻諧振中的頻率實(shí)際上并不是十分嚴(yán)格的基頻，不是完全沒有頻率突變 。因
此，能否在信號(hào)處理方法中采用對(duì)時(shí)頻局部化方面極具優(yōu)勢的小波來檢測，值得探討。
(二)一次消諧阻尼器
一次消諧阻尼器，如LXQ型阻尼器，實(shí)際上是將一個(gè)非線性消諧電阻R0串接于電壓
互感器一次側(cè)中性點(diǎn)與地之間，它采用中性點(diǎn)阻尼電阻消除諧振，見圖１。電網(wǎng)正常運(yùn)
行時(shí)，消諧器上電壓＜500V，R0呈高電阻值（可達(dá)幾百kΩ），阻尼作用大，使諧振在
起始階段不易發(fā)展；當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)，消諧器上電壓較高（10kV電網(wǎng)中其值約
1.7～1.8kV），R０呈低值（幾十kΩ），可滿足PT開口三角電壓不小于80V的絕緣監(jiān)
測要求,而且仍可阻尼諧振；當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生弧光接地時(shí)，R0仍能保持一定的阻值，限制互
感器涌流。
該裝置具有消除PT飽和諧振和限制涌流2種功能，但在應(yīng)用中存在局限性：①中性
點(diǎn)為半絕緣結(jié)構(gòu),只能直接接地安裝的PT無法使用；②只能限制本PT不發(fā)生諧振，對(duì)電
網(wǎng)中的其他PT無效（僅一對(duì)一有效）；③當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，PT零序電壓U０的測
量值有誤差,因此不適宜使用在對(duì)U0幅值和角度精度要求較高的場合（如微機(jī)接地選線
裝置）；④裝置自身的熱容量有限，即使選用熱容量相對(duì)較大的LXQ型一次消諧阻尼器，
在持續(xù)時(shí)間較長的間歇電弧接地過電壓激發(fā)下，仍可損壞裝置。一次消諧阻尼器較適用
于JDZJ等型號(hào)中性點(diǎn)全絕緣PT的消諧改造。(三)消諧型電壓互感器
3.1加裝零序電壓互感器型
加裝零序電壓互感器的消諧型電壓互感器由三相主電壓互感器TV1和串接在中性點(diǎn)
的零序電壓互感器TV０二部分組成，采用零序電壓互感器消除諧振，見圖2。該消諧裝
置要求TV1的開口三角繞組閉合，零序電壓U０從TV０的二次側(cè)取得。當(dāng)單相接地時(shí)，
TV每相勵(lì)磁感抗為Xm=XTV1 3XTV0（XTV1為TV1的漏抗；XTV０為TV０勵(lì)磁感抗）。
由于X 很小，可略，故Xm≈3X ，即零序電壓絕大部分降落在TV0上，一般的外激
TV1 TV０
發(fā)不能使TV1進(jìn)入飽和區(qū)，從而使諧振難以產(chǎn)生。此外，TV０高壓繞組的直流電阻約為
10kΩ，對(duì)諧振有強(qiáng)烈的阻尼作用，對(duì)涌流有限制作用。此種消諧型TV的消諧作用也僅對(duì)
自身有效，熱容量也有限。
3.2呈容抗諧振型，呈容抗諧振的消諧型電壓互感器的主要特點(diǎn)有：
① 互感器內(nèi)部的分布電容和雜散電容較大，正常時(shí)，在接有0～100負(fù)荷下整體呈容性
（結(jié)構(gòu)上合理確定一次繞組徑向與軸向的尺寸比例；采用介電系數(shù)大的絕緣材料作
為層間絕緣；一次繞組采用階梯式排線方式等）,不易構(gòu)成鐵磁諧振回路。
② 在較高的電壓作用下，鐵心不易飽和（采用優(yōu)質(zhì)硅鋼片，以降低工作磁密）。
③ 能承受更高的過電壓（增加了一次繞組匝數(shù)；加強(qiáng)一次繞組的端部絕緣和層間絕緣）。
然而，由于這種電壓互感器的質(zhì)量和體積相對(duì)較大,因此在實(shí)際應(yīng)用中往往有一定困難。
（四）二次消諧電阻
4.1 二次電阻消諧：
隨著系統(tǒng)對(duì)地電容的增大，電壓互感器磁飽和后將依次發(fā)生高頻、基頻和分頻諧振。
PT的開口三角繞組上，用于消除分頻諧振的阻尼電阻ｒ值最小，ｒ≤０.４（ｎ２/ｎ１）
２Ｘ ，只要按此來選擇電阻就可同時(shí)消除另外2種諧振。消除基頻諧振的電阻值為ｒ′≤
Ｌ
３（ｎ２/ｎ１）２Ｘ 。式中, Ｘ 為互感器在線電壓下的每相勵(lì)磁感抗，ｎ１/ｎ２為
Ｌ Ｌ高壓繞組與開口三角繞組的匝數(shù)比。由于電阻接在開口三角繞組兩端，必然會(huì)導(dǎo)致一次側(cè)
電流增大，也就是說PT的容量要相應(yīng)增大。從抑制諧波方面考慮，R值越小，效果越顯著，
但PT的過載現(xiàn)象越嚴(yán)重，在諧振或單相接地時(shí)間過長時(shí)甚至?xí)?dǎo)致保險(xiǎn)絲熔斷或PT燒毀。
一般來說接入10 kV系統(tǒng) PT開口三角繞組的電阻取16.5～33Ω 。
可見，對(duì)于在開口三角繞組配置了２５Ω消諧電阻的PT，當(dāng)系統(tǒng)中中性點(diǎn)直接接地的
普通電磁式PT不超過２臺(tái)時(shí)還可以消除基頻諧振，但若要消除分頻諧振則阻值偏大，失去
消諧作用。為此，應(yīng)加裝微機(jī)消諧裝置,同時(shí)宜保留原消諧電阻,以利于限制空母線合閘時(shí)
工頻位移電壓。
4.２在同一PT上同時(shí)裝設(shè)一次消諧阻尼器和微機(jī)消諧裝置
在開口三角繞組兩端接上電阻R的做法，實(shí)際上相當(dāng)于在PT高壓側(cè)Y0接線各相繞組上
并聯(lián)一電阻（只有在電網(wǎng)有零序電壓時(shí)才出現(xiàn)），即在電網(wǎng)中每相對(duì)地并聯(lián)合適的電阻在
理論上同樣可以起到消諧作用。據(jù)分析推導(dǎo)，為消除分頻諧振，在PT高壓側(cè)每相繞組并聯(lián)
的電阻應(yīng)滿足：R1≤0.4Ｘ /３。若單臺(tái)10kV互感器的每相勵(lì)磁感抗Ｘ =500kΩ，則
Ｌ Ｌ
R1≤66.7kΩ。
假如在PT一次側(cè)中性點(diǎn)裝設(shè)了阻尼電阻R0，那么該P(yáng)T基本上不會(huì)參與諧振。當(dāng)系統(tǒng)中
其他中性點(diǎn)直接接地的PT發(fā)生諧振時(shí)，由于此時(shí)零序電壓U 的測量值偏小，即使該P(yáng)T的二
０
次側(cè)裝了微機(jī)消諧裝置，往往也不會(huì)及時(shí)動(dòng)作。
對(duì)于電纜使用較多的10kV配電網(wǎng)，大多發(fā)生分頻諧振。微機(jī)消諧器分頻諧振的判據(jù)為
15Hz≤ｆ≤18 Hz或23Hz≤ｆ≤27 Hz，35V≥U0≥25Ｖ。當(dāng)開口三角繞組電壓為30Ｖ時(shí)，
一次系統(tǒng)零序電壓的估算值已達(dá)（30/100×0.8）×（10/3）=2.2kV。此時(shí)，微機(jī)消諧器
動(dòng)作，開口三角繞組基本上處于被短接狀態(tài)，PT高壓繞組反映的是數(shù)值很小的漏抗，即零
序電壓絕大部分降落在阻尼電阻R0上。這時(shí)，電網(wǎng)每相對(duì)地的等值并聯(lián)電阻為３Ｒ０，假
如呈低電阻值的R0為25～35kΩ，則３R0為75～105kΩ，已超出消除系統(tǒng)中單臺(tái)中性點(diǎn)
直接接地PT諧振所需的阻值（約66.7kΩ）。若有多臺(tái)PT參與了諧振，則更是無助于消諧
作用，而且還可能因作用在R0上的過電壓得不到及時(shí)消除，且時(shí)間較長時(shí)而被損壞，從而
進(jìn)一步損害PT。
可見，以上做法已超出微機(jī)消諧器和一次消諧器研制的初衷，二者單獨(dú)存在時(shí)的消諧
機(jī)理已不再適用，這種做法對(duì)消諧不但無助反而有害。因此，這2種消諧裝置應(yīng)分開安裝
在不同的PT上為宜。
4.3 在加裝零序電壓互感器消諧型PT的二次側(cè)加裝微機(jī)消諧裝置
對(duì)于加裝零序電壓互感器的消諧型PT，原理上要求其主電壓互感器ＴV１的開口三角繞
組始終是閉合 的，所以不可能在其二次側(cè)加裝消諧器，否則將破壞原先的消諧機(jī)理，難以
起到消諧作用。若是將微機(jī)消諧器裝在其零序電壓互感器ＴV0的二次側(cè)，當(dāng)系統(tǒng)中其他互感
器發(fā)生鐵磁諧振時(shí)，消諧器將在零序電壓作用下動(dòng)作，ＴV０二次側(cè)幾乎被短接，ＴV０及ＴV１高壓繞組反映的均為漏抗，互感器的零序阻抗變?yōu)閿?shù)值很小的漏抗，相當(dāng)于電網(wǎng)中性點(diǎn)
臨時(shí)直接接地，因而諧振也就隨之消失?？梢?，在此消諧型PT的TV0二次側(cè)加裝微機(jī)消諧
裝置有助于整個(gè)電網(wǎng)的消諧。
（五） 消諧措施的綜合應(yīng)用
（5.1）普通型電磁式電壓互感器應(yīng)選用勵(lì)磁特性良好、鐵心不易飽和的型號(hào)及生產(chǎn)廠家。變
電站10kV母線PT一次額定電壓UN為10／3kV，有的 PT在1.9UN電壓作用下鐵心就
可能進(jìn)入飽和區(qū)，而母線實(shí)際運(yùn)行電壓為10～10.7kV。當(dāng)電網(wǎng)單相接地時(shí)，作用在