基频谐振后的分析及处理

基频谐振后的分析及处理

王国忠申娟平

王国忠申娟平

（云南电网公司文山供电局云南省文山市663000）

摘要：本文通过对某500kV变电站内发生基频谐振的原因进行分析，依据基频谐振的原理及激发条件制定相应的解决方案，结合现场运行情况选取最为合适的方案来消除基频谐振。

关键词：基频谐振；电压互感器；改造

一、引言

500kV某变电站#2主变2008年投运至今共发生五次谐振，其中前四次是由于设备投运、预试定检等对主变冲击时，35kV系统出现短暂的电压异常现象（即谐振）后自动消失。然而，2014年03月20日，220kV系统发生一起同杆双回线跳闸重合闸动作后35kV系统发生电压异常现象，调取录波器波形后发现电压波形中B相电压含有2-10次谐波分量，A、C相电压较高（图1）所示且一直持续至27日。通过对三相电压的分析两相高、一相低，线电压正常初步判断为基频谐振。本文结合基频谐振的原理及激发条件，通过与#1主变进行对比分析基频谐振的原因，并对存在的问题提出相应的解决方案。

二、基频谐振分析

（一）事件经过

2014年03月20日，220kV系统发生一起同杆双回线跳闸重合闸动作后35kV系统发生电压异常，且谐波分量为3、4、5次谐波为主。考虑采用投切母线上的断路器来破坏谐振条件，经过8天的投切断路器并没有改变谐波分量的大小，反而使得2-10次谐波的幅值增大，其中三次谐波达到5V。在最后的一次投切中使得母线PT高压熔断器熔断，迫使母线停运。

（二）原因分析

1.电压互感器选型有误

通过故障前后录波信息分析对比得出：#1主变在重合闸动作前，35kV系统的电压并没有发生谐振，主要在于35kV系统的电压互感器采用的是电容式电压互感器。由于电容式电压互感器阻尼装置跨接在二次绕组上，正常情况下阻尼装置有很高的阻抗；当铁磁谐振引起过电压，在中压变压器受到影响前，电抗器已经饱和了只剩电阻负载，电阻负载使振荡能量很快被降低从而抑制谐振。然而，#2主变35kV系统电压互感器采用的是电磁式电压互感器，是造成此次基频谐振的主要原因之一。

2.错误的消谐方法

在发现电压中含有谐波分量时，并没有采取更好的消谐方法。将谐振误认为是一般的并列谐振，采用改变母线上的负荷、投切断路器等改变系统的参数，从而破坏谐振的条件最终达到消谐的目的。实际上，这种方法是不可取的，在没有弄清楚是那种谐振的情况下采用固定方式的消谐。

3.设计上的不足

35kV系统电压互感器常规设计采用：干式电磁式电压互感器，一次侧星型接线的尾端大N接入消谐装置；电容式电压互感器，不用考虑。设备选型固定选择了电磁式电压互感器，而设计还是按照电容式电压互感器的设计，未考虑设备选型是本次基频谐振的主要原因之一。

4.施工、预试不到位

施工单位在新设备投产实验前未对设备的情况掌控不到位，在设备安装过程中发现互感器是电磁式电压互感器，未能实现各专业之间的沟通，造成互感器一次侧星型接线的尾端大N直接接地，而未接入消谐装置。#2主变至2008年05月投运至今，共进行两次预试定检工作，在此过程中并未发现电压互感器的未接入消谐装置。

三、解决方案

经过以上对此次基频谐振原因的分析，针对本站频发基频谐振，结合其基频谐振的原理制定了相应的解决方案。

（一）临时方案

为了尽快消除基频谐振对站内设备运行的影响，采取不造成设备停运的二次电阻消谐的临时方案。在电压互感器的开口三角绕组并联阻尼电阻消耗谐振能量，其主要目的是提高谐振临界电压值，抑制或消除谐振发生。

（二）过渡方案

参照现现行标准执行：35kV系统采用的在电磁式电压互感器一次侧尾端大N接入一次消谐阻尼器来实现消除谐振，这个技术是比较成熟且实用性强。由于其消谐只能限制本PT不发生谐振的局限更好运用于全站只有#2主变35kV侧采用的是电磁式电压互感器模式。

（三）最终方案

为了让基频谐振不在威胁电网设备的稳定运行，同时一次消谐和二次消谐存在电阻相互配合的问题，给消谐带来许多的不确定。综合上述，为了彻底的消除基频谐振及消除后没有对电网设备无影响，在适当的条件下将电磁式电压互感器更换为电容式电压互感器。

（四）比较与选取

1.比较

二次消谐存在的不足，存在阻尼电阻的选取与保护熔断器、互感器上难于割舍，该消谐措施只适用为了快速消除谐振而不造成设备停运的情况；一次消谐存在的不足，该消谐措施在短期内能有效的消除谐振、很好抑制超低频放电电流，长期的运行的风险会逐年增高；更换电磁式电压互感器，能有效的解决上述一次消谐和二次消谐带来的问题，且维护成本低等优点。

2.选取

通过上述的比较，要有效的解决基频谐振给电网带来的威胁，现场采用：先在一次侧装设消谐装置的过渡方案，短期内保障在系统外来冲击扰动时系统不会再受基频等谐振的侵扰；然后将电压互感器更换为电容式电压互感器，行之有效的解决消谐带来的不确定因素。

四、结语

本文对此次基频谐振的原因进行分析，并制定了相应的解决方案，结合现场情况选取较为合适的解决方案。在此过程中，充分暴露出我们运行维护单位的不足之处：设备选型不符合南网反措要求且既然选择有误的型号却没有制定相应的措施，在接下来的工程中严把质量关，积极参与设计的审查、审核工作，对所选设备进行评估将可能造成基频等谐振的设备提出并重新选择，有效的避免因设备选型造成设备的重复投资和建设；对基频谐振现象的不熟悉及发生异常的情况不深究，在今后设备的预试、新设备投产、验收过程中，若发现异常情况时应查出原因后才能投运，确保电网安全、稳定运行。

参考文献：

[1]方瑜.配电网过电压.北京：水利电力出版社，1994.

[2]陈维贤.电网过电压教程.北京：中国电力出版社，1999.

[3]解广润.电力系统过电压.北京：水利电力出版社，1985

[4]周泽存.高电压技术[M].北京：中国电力出版社，1987.

[5]苏朝莲.防止铁磁谐振过电压的一些消谐措施的应用[J].广西电力工程，2000，（4）：62-65.

[6]孙杰，朱福桥.铁磁谐振分析及其防治.电气时代[J].2007，12，74.

[7]赵吉东.配电网几种消谐措施的对比.西北电力技术[J].2004，4，126.

[8]万千云、梁惠盈、齐立新、万英，电力系统运行实用技术，中国电力出版社，2005