串联谐振试验装置的影响及防护

一、谐波谐振的危害：

串联、并联电路谐振频率与系统电阻无关,当系统谐波源频率天时就会发生串联或并联谐振。若、很小,可以激发二次或三次谐波的高次谐波谐振过电压若、很大,则能激发分频谐波的谐振过电压,这两种谐振过电压都表现为三相对地电压的同时升高,而线电压正常。试验研究表明,基波谐振和高次谐波谐振过电压一般不超过倍额定电压,对于分频谐波谐振,由于受到电压互感器铁芯严重饱和的限制,过电压一般不超过倍额定电压,但励磁电流急剧增加,瞬时可高达额定励磁电流的几十倍以上,引起高压保险丝的频繁熔断。

①串联或并联谐振会产生高于电源数倍的电压,施加在回路中的电容器、互感器、断路器等设备上,引起高压电气设备绝缘损坏。在熔断器未及时熔断的情况下会引起电压互感器喷油、绕组烧毁甚至爆炸。

②谐振引起的过电压,还可以导致氧化锌避雷器的损坏。无间隙氧化锌避雷器的过电压耐受能力有限,如果选用氧化锌避雷器的直流电压偏低,在过电压的作用下连续动作,终会发生热崩溃而损坏。

③在电压互感器熔断器不能及时熔断的情况下,引起电压互感器二次电压升高,对二次继电保护设备和计量仪表的绝缘造成损坏或引起继电保护设备的误动。

④基波谐振时,出现虚幻接地现象,易引起值班人员的误判断,表现为两相电压升高,一相电压降低,线电压正常,其现象与单相接地相同。

⑤谐振时电压互感器铁芯的饱和会使变比误差增大,影响计量、测量精度。

⑥谐波谐振引起电网的谐波损耗增大。

二、谐波谐振的预防和应对措施：

①少谐波源的产生

在选用铁芯设备时尽量选用励磁特性好、伏安特性高、铁芯不易饱和的电磁式电压互感器、变压器、电抗器。在选用电磁电压互感器时应注意同时提高三相电压互感器的励磁特性和伏安特性曲线的线性度,尽量选用同型号、同批次生产的单相电压互感器,也可以采用电容式电压互感器代替电磁式电压互感器。

断路器三相不同时合闸,由于合闸瞬间三相电压的不同,会引起的三相负载的不对称,使电源的中性点产生位移,中性点对地电压与电源电压叠加会使三相对地电压同时升高或两相、单相对地电压升高,使回路中的电磁式电压互感器或电抗器线圈很快饱和,激磁电流的波形发生畸变,产生高次谐波。

②限制谐波源注入电网的谐波电流在谐波源处装设交流滤波器是防止谐波源向系统注入谐波电流的有效而通用的措施。

交流滤波器分为调谐滤波器分为单调滤波器和双调滤波器和高通滤波器,对产生较低次数如、、次谐波含量较大的大容量的谐波源,可对每次谐波各装一个单调滤波器,将谐波分别滤除对次数较高的各次谐波如次及以上各次,可通过安装一个高通滤波器将其谐波部滤除。将有源电力滤波器装设在谐波源处,用于抑制谐波源产生的绝大部分的谐波电流注入系统。

③采取有效措施使系统的参数处于谐振范围之外改变参数,避开谐振区域控制投入电压互感器的台数。改变投入补偿电容器的组数,在保证系统功率因数要求的前提下,通过改变系统的容性参数,以避开谐振区域。中性点不接地系统经消弧线圈接地。少油断路器断口均压电容与母线电压互感器发生串联谐振时,在断路器遮断容量允许的条件下,取消断路器断口均压电容器。投入空载线路,改变系统的感性或容性参数。

④从倒闸操作程序上防止谐振的发生在母线充电倒闸操作过程中,若电源断路器由冷备用转为热备用时,发生电压互感器铁磁饱和引起的母线谐波谐振,则应立即将断路器转入运行,通过接入空载变压器或空载线路改变电感、电容参数,来避开谐振区域以消除谐振,或先断开母

电压互感器刀闸,再将电源断路器由冷备用转为热备用,等母线充电后再将电压互感器投入在母线停电倒闸操作过程中,若电源断路器由运行转为热备用时母线产生谐振,则应立即将其返回运行状态,将母线电压互感器刀闸断开后,再操作电源断路器使母线停电。

⑤增加回路损耗

在电压互感器的高压绕组中性点串接阻尼电阻。或非线性电阻消谐器如型消谐器后接地,通过电阻的阻尼作用抑制流过绕组的谐波电流,避免铁芯饱和产生的谐波引起谐振。在电压互感器的二次侧零序电压线圈开口三角形绕组中接入低值消谐电阻一。,或采用分频继电器,当发生谐振时自动将非线性电阻接入电压互感器开口三角形回路中。

采用零序电压互感器。将三台电压互感器一次侧接成星形,中性点通过一台零序电压互感器接地,主电压互感器二次辅助线圈接成闭口三角形以防止谐振。

三、国内外研究现状：

数十年来,国内外的专家学者对铁磁谐振进行了大量的研究,包括理论分析、各种试验以及利用计算机进行数值仿真计算等,从各个小同角度解释了铁磁谐振的现象及其变化规律,并提出了一系列抑制铁磁谐振的措施,研制了相应的装置,在系统运行中取得了一定的效果。关于铁磁谐振的理论分析和计算主要表现在以下几个方面:

①在早期的理论分析中,分析铁磁谐振常用的方法有图解法、相平而法、多在对铁磁谐振发生机理进行定性的分析,这些方法简捷、直观,是对模拟实验方法的一个很好的补充。但是,它们的研究对象*于单相串联的非线性谐振电路。

②年代后,开始使用各种非线性系统的分析法对谐振电路一一非线性二阶电路进行分析。例如,幅频法、描述函数法、平均法、谐波平衡法等。这些方法都属于一种近似的解析法,只能对稳态情况进行分析。随着计算方法和计算技术的发展,人们将数字仿真引入到铁磁谐振的研究中来。对其暂态特性进行了研究。

③年代后期以来,国外学者又把铁磁谐振与非线性动态系统和混沌分析结合起来,将分叉理论、奇异和非奇异吸引子的概念引入铁磁谐振的研究领域,利用功率谱密度和庞加莱映射的方法和数字仿真技术对其进行动态分析。将铁磁谐振电路的响应分为三类周期响应、拟周期响应和混沌响应。并证实在一定的初始条件下,电力系统也会出现混沌现象。

④用数字仿真方法对铁磁谐振进行稳态和暂态计算。随着计算机和计算技术的发展,近年来出现了用数字仿真分析铁磁谐振的方法,利用计算机进行数字仿真,我们可以方便的改变系统中的各种参数,使得分析更加全面。

四、并联电容器谐振特性分析：

并联电容器是目前国内采用的无功补偿设施,它是为了减少线路上因大量无功传输而引起的电能损失,解决地区无功电源容量不足,提高功率因数,保证电力系统安全经济运行的重要措施。但是,随着电力系统的发展和电力电子技术的广泛应用,用电负荷的结构发生了重大的变化,大量的非线性负荷特别是电弧炉、电气化铁路、晶闸管调压及变频调整装置的运行,由于其非线性、冲击性以及不平衡性的用电特性,向电力系统注入大量谐波电流,电网的电压波形发生畸变,严重地影响了电能质量。

当一个谐波源在谐波频率下,激励一个感抗与容抗大小近似相等的电路,则该电路就会发生谐波谐振。电容器的谐波容抗和系统谐波感抗的配合,将造成注入谐波的并联谐振或串联谐振及谐波的成倍放大,使并联电容补偿装置中的电容器和串联电抗器产生谐波过电流、过电压和过负荷,致使电容器异常发热,并使电容器的局部放电性能下降,加速绝缘介质的老化,经过一段时间的积累,促使电容器和串联电抗器的损坏。同时使系统谐波水平升高,影响电网的安全经济运行。故需要弄清并联电容器谐波谐振的原理,找到切实解决这一问题的方法。

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