750kV系統(tǒng)諧振過電壓及其解決措施

楊炯

【摘 要】本文針對(duì)750kV系統(tǒng)的特點(diǎn)，分析了分頻諧振過電壓、工頻諧振過電壓及高頻諧振過電壓，并提出了解決措施

【關(guān)鍵詞】750kV系統(tǒng)；諧振過電壓；解決措施

0 引言

750kV系統(tǒng)中，由于變壓器的中性點(diǎn)直接接地，中性點(diǎn)電位是基本固定，所以不會(huì)像較低電壓等級(jí)所發(fā)生的電壓互感器飽和引起的諧振過電壓。但是，由于750kV系統(tǒng)傳輸距離長(zhǎng)、電壓高、電容電流大，往往裝有并聯(lián)電抗器和串聯(lián)電容器，因而增加了產(chǎn)生諧振過電壓的可能。主要表現(xiàn)有串、并聯(lián)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的分頻諧振，空載線路合閘于發(fā)電機(jī)變壓器組時(shí)引發(fā)的高頻諧振以及斷路器非全相切合并聯(lián)電抗器時(shí)的工頻傳遞諧振等。

1 分頻諧振過電壓

分（低）頻諧振過電壓通常發(fā)生在有串聯(lián)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中，如圖1所示。

（a）接線圖 （b）等值電路

圖 1串補(bǔ)網(wǎng)中的分頻諧振回路

在簡(jiǎn)單的鐵磁諧振回路中就可能產(chǎn)生各種不同分頻諧振，但試驗(yàn)研究表明，在750kV系統(tǒng)中，最常見的是1/3次或更低頻率諧振。分頻諧振不能自激，而要經(jīng)過一定的沖擊（激發(fā)）才能建立起穩(wěn)定的諧振。也即在串聯(lián)諧振回路合閘以后1/3次分頻諧振的建立過程，是產(chǎn)生強(qiáng)烈的過渡過程，在衰減過程中使回路的自振頻率逐步下降，最后建立起穩(wěn)定的l/3次分頻諧振。

如圖1（a）電路所示，如果在并聯(lián)電抗器之后線路發(fā)生故障，斷路器QF切除故障后，由串聯(lián)補(bǔ)償電容器與并聯(lián)電抗器形成串聯(lián)鐵磁諧振回路，其等值電路圖如圖1（b）所示。而激發(fā)分頻諧振所需的沖擊是斷路器QF的開斷。國(guó)內(nèi)外的一些試驗(yàn)表明，為了限制諧振的持續(xù)時(shí)間，當(dāng)發(fā)生諧振而使串聯(lián)補(bǔ)償退出運(yùn)行時(shí)，應(yīng)在QF回路中串一只電阻，以便起到足夠的阻尼作用。為了消除l/3次的分頻諧振，可估計(jì)這R≈WL/2。實(shí)驗(yàn)和運(yùn)行表明，如將三相電抗器的中性點(diǎn)經(jīng)l00歐左右的電阻接地，亦可起到消除1/3次分頻諧振的作用。

除了串補(bǔ)會(huì)產(chǎn)生分頻諧振外，在750kV系統(tǒng)中采用電容式電壓互感器（CVT）也可能會(huì)產(chǎn)生分（低）頻諧振過電壓。在750kV系統(tǒng)已采用CVT，它可避免系統(tǒng)中某些諧振過電壓，但是該設(shè)備本身就是一個(gè)諧振回路，即二次電壓互感器（空載）與分壓電容之間形成的諧振回路。試驗(yàn)表明在電容式電壓互感器回路中可能產(chǎn)生1/3次分頻諧振。

為了消除在電容式電壓互感器回路中可能產(chǎn)生1/3次分頻諧振，可在二次回路中接入一只電阻加以阻尼，當(dāng)發(fā)生l/3次諧波時(shí)，該電阻自動(dòng)投入。

2 工頻諧振過電壓

750kV系統(tǒng)的工頻過電壓，主要是由空載長(zhǎng)線線路的電容效應(yīng)、不對(duì)稱效應(yīng)和甩負(fù)荷時(shí)的發(fā)電機(jī)超速及電勢(shì)升高所引起的。它的幅值與線路長(zhǎng)度、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電源容量、系統(tǒng)運(yùn)行方式以及故障形態(tài)和操作方法有關(guān)。750kV輸電線路一般很長(zhǎng)，空載線路的主要參數(shù)是導(dǎo)線對(duì)地電容和相間電容，回路流過的容性電流在電感上的壓降提高了電容電壓，使線路上的電壓高于電源電壓，線路愈長(zhǎng)，終端的電壓愈高，這種現(xiàn)象稱為電容效應(yīng)。輸電線路發(fā)生不對(duì)稱短路故障時(shí)，短路電流的零序分量能進(jìn)一步提高健全相的工頻電壓。此外，輸電線路突然甩負(fù)荷，根據(jù)磁鏈不變?cè)?，發(fā)電機(jī)直軸暫態(tài)電勢(shì)維持原有帶負(fù)荷時(shí)的較大數(shù)值，轉(zhuǎn)速升高，加上線路的助磁作用，將會(huì)引起較高的工頻過電壓。

電網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)工頻過電壓的影響很大，根據(jù)國(guó)外多年連續(xù)的電壓自動(dòng)記錄和應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法分析，證明在750kV電力系統(tǒng)發(fā)展過程中，工頻過電壓會(huì)逐步降低。除了上述因系統(tǒng)上的原因外，因非全相操作而引起的工頻過電壓也是常見的一種.圖2所示并聯(lián)電抗器非全相操作的典型電路。圖中線路末端接有并聯(lián)電抗器XR，線路首端斷路器兩相（B、C）閉合，一相（A）斷開。這種情況可能發(fā)生在正常的分、合閘的過程中，也可能發(fā)生在單相自動(dòng)重合閘的過程中。由于B、C相電壓通過相間電容C12的耦合作用，在斷開相A相產(chǎn)生工頻電容傳遞電壓，并且由于電抗器的存在，當(dāng)參數(shù)配合不當(dāng)時(shí)，構(gòu)成諧振回路，在故障相（或斷開相）A相出現(xiàn)較高的工頻諧振過電壓，以致造成并聯(lián)電抗器的絕緣事故。

圖2 所示并聯(lián)電抗器非全相運(yùn)行

分析和實(shí)測(cè)表明。在電抗器中性點(diǎn)接入小電抗，只要參數(shù)選擇適當(dāng)，可以有效地避免工頻諧振，降低斷開相的工頻傳遞過電壓。例如我國(guó)第一條線路在調(diào)試過程中，由于一相拒動(dòng)，在升到55kV時(shí)，測(cè)得拒動(dòng)相上線路電壓達(dá)到4.23倍。當(dāng)并聯(lián)電抗器中性點(diǎn)改為經(jīng)小電抗接地后，諧振現(xiàn)象不再出現(xiàn)。

靜止無功補(bǔ)償（SVC）技術(shù)可提高輸電線路潮流流向的控制能力和輸送能力，如加拿大在魁北克的735kV輸電線路安裝SVC設(shè)備。運(yùn)行證明SVC對(duì)限制工頻過電壓，提高線路輸送能力，確實(shí)優(yōu)于常規(guī)并聯(lián)電抗器。

3 高頻諧振過電壓

在750kV電力系統(tǒng)中產(chǎn)生高頻鐵磁諧振過電壓的典型接線如圖3（a）所示。圖中表示發(fā)電機(jī)變壓器組帶一條空載長(zhǎng)線路，在線路投入或切除時(shí)都可能出現(xiàn)這種運(yùn)行方式。圖3（b）給出了這種接線的等值電路，圖中C是對(duì)地電容，L1、L2為包括發(fā)電機(jī)變壓器漏感及線路電感在內(nèi)的線性電感，Lm是變壓器的勵(lì)磁電感，Rt、Rz為電源及線路的等值電阻。這種回路可能產(chǎn)生偶次和奇次的高頻諧振。

因L1、L2遠(yuǎn)小于Lm。

回路的線性部分的諧振角頻率為：

ω■=1/■（1）

由于Lm具有非線性特性，如果ω0等于或接近某高次諧波角頻率nω，則可能發(fā)生n次高頻諧振。

綜上所述，在圖3（a）的系統(tǒng)接線中產(chǎn)生高次諧波振蕩，除滿足一般的鐵磁諧振條件外，還需滿足以下參數(shù)條件：

（1）系統(tǒng)的ω0必須接近nω；

（2）線路首端的輸入阻抗必須是容性的。

在實(shí)際系統(tǒng)中，最易產(chǎn)生高次諧波諧振的是二次、三次和五次諧波。因變壓器繞組中大多有～個(gè)三角形連接的方式，它對(duì)三次諧波相當(dāng)于是短路，因此生成三次諧波是不可能的。五次或更高次諧波因電路中存在各種（電暈損耗、等值損耗）損耗，它隨頓率的增加而增加，起到抑制振蕩的作用。

（a）接線圖 （b）等值電路

圖3 發(fā)電機(jī)變壓器組帶有空載長(zhǎng)線路的接線及等值電路

4 總結(jié)

分析和實(shí)測(cè)表明。只要措施運(yùn)用得當(dāng)，可以有效地避免750kV諧振過電壓。

【參考文獻(xiàn)】

[1]解廣潤(rùn).過電壓及保護(hù)[M].北京：電力工業(yè)出版社，1980.

[2]陳維賢.電網(wǎng)過電壓教程[M].北京：電力工業(yè)出版社，1996.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]