750kV系統諧振過電壓及其解決措施

楊炯

【摘 要】本文針對750kV系統的特點，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

【關鍵詞】750kV系統；諧振過電壓；解決措施

0 引言

750kV系統中，由于變壓器的中性點直接接地，中性點電位是基本固定，所以不會像較低電壓等級所發生的電壓互感器飽和引起的諧振過電壓。但是，由于750kV系統傳輸距離長、電壓高、電容電流大，往往裝有并聯電抗器和串聯電容器，因而增加了產生諧振過電壓的可能。主要表現有串、并聯補償網絡的分頻諧振，空載線路合閘于發電機變壓器組時引發的高頻諧振以及斷路器非全相切合并聯電抗器時的工頻傳遞諧振等。

1 分頻諧振過電壓

分（低）頻諧振過電壓通常發生在有串聯補償網絡中，如圖1所示。

（a）接線圖 （b）等值電路

圖 1串補網中的分頻諧振回路

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

如圖1（a）電路所示，如果在并聯電抗器之后線路發生故障，斷路器QF切除故障后，由串聯補償電容器與并聯電抗器形成串聯鐵磁諧振回路，其等值電路圖如圖1（b）所示。而激發分頻諧振所需的沖擊是斷路器QF的開斷。國內外的一些試驗表明，為了限制諧振的持續時間，當發生諧振而使串聯補償退出運行時，應在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，可估計這R≈WL/2。實驗和運行表明，如將三相電抗器的中性點經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。

除了串補會產生分頻諧振外，在750kV系統中采用電容式電壓互感器（CVT）也可能會產生分（低）頻諧振過電壓。在750kV系統已采用CVT，它可避免系統中某些諧振過電壓，但是該設備本身就是一個諧振回路，即二次電壓互感器（空載）與分壓電容之間形成的諧振回路。試驗表明在電容式電壓互感器回路中可能產生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，當發生l/3次諧波時，該電阻自動投入。

2 工頻諧振過電壓

750kV系統的工頻過電壓，主要是由空載長線線路的電容效應、不對稱效應和甩負荷時的發電機超速及電勢升高所引起的。它的幅值與線路長度、電網結構、電源容量、系統運行方式以及故障形態和操作方法有關。750kV輸電線路一般很長，空載線路的主要參數是導線對地電容和相間電容，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，終端的電壓愈高，這種現象稱為電容效應。輸電線路發生不對稱短路故障時，短路電流的零序分量能進一步提高健全相的工頻電壓。此外，輸電線路突然甩負荷，根據磁鏈不變原理，發電機直軸暫態電勢維持原有帶負荷時的較大數值，轉速升高，加上線路的助磁作用，將會引起較高的工頻過電壓。

電網結構對工頻過電壓的影響很大，根據國外多年連續的電壓自動記錄和應用數理統計法分析，證明在750kV電力系統發展過程中，工頻過電壓會逐步降低。除了上述因系統上的原因外，因非全相操作而引起的工頻過電壓也是常見的一種.圖2所示并聯電抗器非全相操作的典型電路。圖中線路末端接有并聯電抗器XR，線路首端斷路器兩相（B、C）閉合，一相（A）斷開。這種情況可能發生在正常的分、合閘的過程中，也可能發生在單相自動重合閘的過程中。由于B、C相電壓通過相間電容C12的耦合作用，在斷開相A相產生工頻電容傳遞電壓，并且由于電抗器的存在，當參數配合不當時，構成諧振回路，在故障相（或斷開相）A相出現較高的工頻諧振過電壓，以致造成并聯電抗器的絕緣事故。

圖2 所示并聯電抗器非全相運行

分析和實測表明。在電抗器中性點接入小電抗，只要參數選擇適當，可以有效地避免工頻諧振，降低斷開相的工頻傳遞過電壓。例如我國第一條線路在調試過程中，由于一相拒動，在升到55kV時，測得拒動相上線路電壓達到4.23倍。當并聯電抗器中性點改為經小電抗接地后，諧振現象不再出現。

靜止無功補償（SVC）技術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設備。運行證明SVC對限制工頻過電壓，提高線路輸送能力，確實優于常規并聯電抗器。

3 高頻諧振過電壓

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

因L1、L2遠小于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，則可能發生n次高頻諧振。

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

（1）系統的ω0必須接近nω；

（2）線路首端的輸入阻抗必須是容性的。

在實際系統中，最易產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～個三角形連接的方式，它對三次諧波相當于是短路，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 發電機變壓器組帶有空載長線路的接線及等值電路

4 總結

分析和實測表明。只要措施運用得當，可以有效地避免750kV諧振過電壓。

【參考文獻】

[1]解廣潤.過電壓及保護[M].北京：電力工業出版社，1980.

[2]陳維賢.電網過電壓教程[M].北京：電力工業出版社，1996.

[責任編輯：楊玉潔]