諧振的幾種類型
電力系統(tǒng)中的電容和電阻元件，一般可認(rèn)為是線性參數(shù)�？墒请姼性⻊t不然。由于振蕩回路中包含不同特性的電感元件，諧振將有三種不同的類型。
（1）、線性諧振
諧振回路由不帶鐵芯的電感元件（如輸電線路的電感、變壓器的漏感）或勵(lì)磁特性接近線性的帶鐵芯的電感元件（如消弧線圈，其鐵芯中有氣隙）和系統(tǒng)中的電容元件所組成。在正弦電源作用下，當(dāng)系統(tǒng)自振頻率與電源頻率相等或接近時(shí)，可能產(chǎn)生線性諧振。
（2）、鐵磁諧振
諧振回路由帶鐵芯的電感元件（如空載變壓器、電壓互感器）和系統(tǒng)中的電容元件組成。受鐵芯飽和的影響，鐵芯電感元件的電感參數(shù)是非線性的，這種含有非線性電感元件的回路，在滿足一定諧振條件時(shí)，會(huì)產(chǎn)生鐵磁諧振。
（3）、參數(shù)諧振
諧振回路由電感參數(shù)作周期性變化的電感元件（如凸極發(fā)電機(jī)的同步電抗在Xd-Xq間周期變化）和系統(tǒng)電容元件（如空載線路）組成。當(dāng)參數(shù)配合恰當(dāng)時(shí)，通過電感的周期性變化，不斷向諧振系統(tǒng)輸送能量，將會(huì)造成參數(shù)諧振。
什么是諧振過電壓
因系統(tǒng)的電感、電容參數(shù)配合不當(dāng)，出現(xiàn)的各種持續(xù)時(shí)間很長的諧振現(xiàn)象及其電壓升高，稱為諧振過電壓。常見的有線性諧振過電壓、鐵磁諧振過電壓、參數(shù)諧振過電壓等。
什么是操作過電壓
因操作或故障引起的暫態(tài)電壓升高，稱為操作過電壓，常見的有電弧接地過電壓、空載變壓器分閘過電壓、空載線路分閘過電壓、空載線路合閘過電壓、解列過電壓等。
鐵磁諧振的特點(diǎn)
（1）、產(chǎn)生鐵磁諧振的必要條件是鐵心電感的起始值和電感兩端的等效電容組成的自振頻率必須小于并接近于諧振頻率。
（2）、回路參數(shù)平滑地變化時(shí)，諧振電壓、電流會(huì)產(chǎn)生躍變。
（3）、諧振時(shí)產(chǎn)生反傾現(xiàn)象，即諧振后電感上的電壓降由原來與電源電勢相同變?yōu)橄喾�，電容上的電壓降由原來與電源電勢反向變?yōu)橥颉?
（4）、諧振頻率必須是由電源頻率基波和它的簡單分?jǐn)?shù)倍分率或整數(shù)倍高頻。
（5）、諧振后可自保持在一種穩(wěn)定狀態(tài)。
（6）、諧振一般在經(jīng)受到足夠強(qiáng)烈的擾動(dòng)時(shí)外激產(chǎn)生，在一定條件下也可以自激產(chǎn)生。
配電網(wǎng)綜合消諧措施的探討
配電網(wǎng)中由于電磁式電壓互感器（TV）飽和引起的鐵磁諧振過電壓時(shí)有發(fā)生。近年來，電網(wǎng)中應(yīng)用了多種新型消諧裝置，這些裝置因作用機(jī)理不同而各有所長，也各有局限性，因此對這些新型消諧裝置進(jìn)行分析和優(yōu)化配置，即采取綜合
消諧措施以便達(dá)到最佳保護(hù)效果十分必要。
1 常用消諧裝置的特點(diǎn)
1.1 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TV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，而一旦判斷電網(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≥150 V時(shí)；當(dāng)30 V≤U０＜145 V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TV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TV的熔絲熔斷。而且這種裝置當(dāng)電網(wǎng)對地電容較大時(shí)，它對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TV高壓繞組的電流將顯著增大，仍可能會(huì)燒壞TV。
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［1］，因此，能否在信號處理方法中采用對時(shí)頻局部化方面極具優(yōu)勢的小波來檢測，值得探討。
1.2 一次消諧阻尼器
一次消諧阻尼器，如HJYX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＜500 V，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（10 kV電網(wǎng)中其值約1.7～1.8 kV），R０呈低值（幾十kΩ），可滿足TV開口三角電壓不小于80 V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TV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ＴＶ無法使用；②只能限制本TV不發(fā)生諧振，對電網(wǎng)中的其他TV無效（僅一對一有效）；③當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，TV零序電壓U０的測量值有誤差, 因此不適宜使用在對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等型號中性點(diǎn)全絕緣TV的消諧改造。
1.3 消諧型電壓互感器
1.3.1 加裝零序電壓互感器型
加裝零序電壓互感器［2］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XTV1很小，可略，故Xm≈3XTV０，即零序電壓絕大部分降落在TV0上，一般的外激發(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10 kΩ，對諧振有強(qiáng)烈的阻尼作用，對涌流有限制作用。此種消諧型TV的消諧作用也僅對自身有效，熱容量也有限。
1.3.2 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TV的質(zhì)量和體積相對較大,因此在實(shí)際應(yīng)用中往往有一定困難。
2 現(xiàn)場應(yīng)用的消諧方法分析
2.1 TV開口三角繞組配置２５Ω消諧電阻
隨著系統(tǒng)對地電容的增大，電壓互感器磁飽和后將依次發(fā)生高頻、基頻和分頻諧振。TV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）２ＸＬ，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′≤３（ｎ２/ｎ１）２ＸＬ［3］。式中,ＸＬ為互感器在線電壓下的每相勵(lì)磁感抗，ｎ１/ｎ２為高壓繞組與開口三角繞組的匝數(shù)比。
可見，對于在開口三角繞組配置了２５ Ω 消諧電阻的TV，當(dāng)系統(tǒng)中中性點(diǎn)直接接地的普通電磁式TV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。
２.２ 在同一TV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TV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)中每相對地并聯(lián)合適的電阻在理論上同樣可以起到消諧作用［4］。據(jù)分析推導(dǎo)，為消除分頻諧振，在TV高壓側(cè)每相繞組并聯(lián)的電阻應(yīng)滿足：Ｒ１≤０.４ＸＬ/３。若單臺(tái)１０ kV互感器的每相勵(lì)磁感抗ＸＬ=５００ kΩ，則Ｒ１≤６６.７ kΩ。
如果在TV一次側(cè)中性點(diǎn)裝設(shè)了阻尼電阻Ｒ０，那么該TV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TV發(fā)生諧振時(shí)，由于此時(shí)零序電壓Ｕ０的測量值偏小，即使該TV的二次側(cè)裝了微機(jī)消諧裝置，往往也不會(huì)及時(shí)動(dòng)作。
電纜使用較多的１０ kV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１５ Hz≤ｆ≤１８ Ｈz或２３ Hz≤ｆ≤２７ Ｈz，３5 V≥U0≥25 Ｖ。當(dāng)開口三角繞組電壓為３０ Ｖ時(shí)，一次系統(tǒng)零序電壓的估算值已達(dá)（３０/１００×０.８）×（１０/3）=２.２ kV。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)，ＴＶ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)每相對地的等值并聯(lián)電阻為３Ｒ０，如果呈低電阻值的Ｒ０為２５～３５ kΩ，則３Ｒ０為７５～１０５ kΩ，已超出消除系統(tǒng)中單臺(tái)中性點(diǎn)直接接地TV諧振所需的阻值（約６６.７ kΩ）。若有多臺(tái)TV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TV。
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，這種做法不但無助于消諧反而有害。因此，這2種消諧裝置應(yīng)分開安裝在不同的TV上為宜。
２.３ 在加裝零序電壓互感器消諧型TV的二次側(cè)加裝微機(jī)消諧裝置
對于加裝零序電壓互感器的消諧型TV，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TV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。
3 消諧措施的綜合應(yīng)用
（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及生產(chǎn)廠家。變電站10 kV母線TV一次額定電壓UN為10／3 kV，有的TV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10～10.7 kV。當(dāng)電網(wǎng)單相接地時(shí)，作用在TV上的工頻穩(wěn)態(tài)電壓可能高達(dá)1.85UN，加上電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，TV極易飽和。在基波諧振過電壓不很高的情況下，即使裝設(shè)了二次微機(jī)消諧裝置也照樣可能使熔絲熔斷。尤其對中性點(diǎn)半絕緣結(jié)構(gòu)ＴＶ（如ＲＥＬ１０型等）,難以進(jìn)行消諧改造，更應(yīng)慎重選型。為了防止空母線合閘時(shí)TV熔絲熔斷，還可以采取事先投入某些線路或站用變壓器等臨時(shí)措施，但不宜投入電容器組，這可防止電壓有較大波動(dòng)時(shí)空載變壓器與電容器構(gòu)成振蕩回路產(chǎn)生振蕩過電壓。
�。�2）變電站各段母線TV開口三角繞組處應(yīng)裝設(shè)微機(jī)消諧裝置，使之對整個(gè)電網(wǎng)產(chǎn)生消諧效果。由于對母線送電的瞬間交流電壓極不穩(wěn)定，電網(wǎng)發(fā)生接地、諧振等故障時(shí)瞬間交流系統(tǒng)的暫態(tài)干擾,均會(huì)影響裝置的正常工作，因此，消諧裝置工作電源宜選用直流220 V。以往從TV二次側(cè)取得交流100 V電源或者從站用電系統(tǒng)取得交流220 V電源的做法不可取。變電站母線選用消諧型TV，同時(shí)加裝微機(jī)消諧裝置,即一、二次消諧措施并用，是較為可取的推薦方案，這樣既可以保證TV自身不參與諧振，同時(shí)對整個(gè)電網(wǎng)也具有消諧作用。
�。�3） 對應(yīng)的，開閉所母線宜盡可能選用消諧型TV,但無需另裝二次消諧裝置。考慮到這種系統(tǒng)往往對地電容較大，因此限制涌流是一個(gè)不可忽視的問題，選用加裝零序電壓互感器消諧型TV是較合理的選擇。
�。�4） 高壓用戶配電所一般無需絕緣監(jiān)測及接地選線，因此，母線TV一次側(cè)中性點(diǎn)應(yīng)盡可能不接地或選用消諧型設(shè)備以改善同一系統(tǒng)中TV并聯(lián)后總體等效伏安特性。
�。�5） 同一配電網(wǎng)中，在盡可能采用一次消諧和二次消諧措施的同時(shí)，采取限制弧光接地過電壓的措施仍是十分必要的。由于普通型或消諧型TV、一次消諧器等現(xiàn)有消諧設(shè)備的熱容量都很有限，在長時(shí)間間歇電弧過電壓的作用下仍有被燒壞的可能。近年來在配電網(wǎng)中投運(yùn)了一種新型過電壓防護(hù)設(shè)備——XHG型消弧及過電壓保護(hù)裝置。其作用的基本原理是：當(dāng)電網(wǎng)中發(fā)生不穩(wěn)定的間歇性弧光接地時(shí)，安裝在變電站母線上的XHG裝置通過可分相控制的高壓真空接觸器JZ將故障相接地，系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的金屬性直接接地，故障點(diǎn)弧光消失。經(jīng)過5 s之后，JZ斷開一次，若已無弧光接地故障現(xiàn)象，說明故障是暫時(shí)性的，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行；若再次出現(xiàn)弧光接地故障時(shí)，則認(rèn)定故障是永久性的，JZ再次閉合，同時(shí)通過與之成套的接地選線裝置報(bào)出故障線路。這種裝置既能在一定程度上起消弧作用，也能有效地限制弧光接地過電壓，同時(shí)又無需改變系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式，結(jié)構(gòu)簡單，投資相對也較少。
�。�6） 配電網(wǎng)中性點(diǎn)諧振接地或經(jīng)電阻接地可根本解決TV飽和過電壓問題。因消弧線圈感抗XQ或接地電阻與互感器的勵(lì)磁感抗XL相比要小得多，在零序回路中XL幾乎被XQ短接，因而XL因飽和引起的三相不平衡也就不會(huì)產(chǎn)生過電壓了。但因此項(xiàng)措施投資較大，顯然不宜專為消諧而設(shè)置。
4 結(jié)語
為了對配電網(wǎng)采取消諧措施，同一配電網(wǎng)中在選用微機(jī)消諧等二次消諧裝置，以及中性點(diǎn)消諧阻尼電阻、消諧型電壓互感器等一次消諧裝置時(shí)，應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)的具體情況而定，最好是能將一次消諧裝置與二次消諧裝置二者相互配合使用，進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)。為確保設(shè)備安全，在采取消諧措施的同時(shí)還應(yīng)采取限制間歇性弧光接地過電壓等措施。
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