谐振过电压产生以及防止措施

谐振过电压产生以及防止措施

一、释义

谐振是一种稳态现象，因此，电力系统中的谐振过电压不仅会在操作或事故时的过渡过程中产生，而且还可能在过渡过程结束后较长时间内稳定存在，直到发生新的操作谐振条件受到破坏为止。所以谐振过电压的持续时间要比操作过电压长得多，这种过电压一旦发生，往往会造成严重后果。谐振过电压可在各种电压等级的网络中产生，尤其在35kV及以下的电网中，由谐振造成的事故较多，已成为系统内普遍关注的问题。因此，必须在设计时事*行必要的计算和安排，或者采取一定附加措施（如装设阻尼电阻等），避免形成不利的谐振回路，在日常工作中合理操作防止谐振的产生，降低谐振过电压幅值和及时消除谐振。在6~35kV系统操作或故障情况下，系统振荡回路中往往由于变压器、电压互感器、消弧线圈等铁芯电感的磁路饱和作用而激发起持续性的较高幅值的铁磁谐振过电压。

35kV及以下配电网采取中性点不接地和经消弧线圈接地方式；110kV及以上配电网采取中性点直接接地方式。过电压种类多，主要有谐振、雷电和操作过电压；其中谐振过电压较常见，作用时间长、次数频繁、危害大，须采取措施预防。

谐振过电压指电力系统中一些电感、电容元件在系统进行操作或发生故障时可形成各种振荡回路，在一定的能源作用下，会产生串联谐振现象，导致系统某些元件出现严重的过电压。

二、谐振过电压产生原因

电网运行中，正常时中性点不接地系统PT铁芯饱和易引起谐振过电压；中性点不接地方式发生单相故障可引起谐振过电压。运维人员操作或事故处理方法不当亦会产生谐振过电压。另外设备设计选型、参数不匹配也是谐振过电压产生原因。

谐振过电压对电网造成危害极大，诸如造成电压互感器熔丝熔断、电压互感器烧毁、电网设备绝缘损毁，甚至造成相间短路、保护装置误动作等。

操作过电压和谐振过电压的区别：

操作过电压和谐振过电压都属于内部过电压。

操作过电压，顾名思义，是操作高电压大电感-电容元件（比如合/分空载长线路、变压器、并联电容器、高压感应电动机等）以及故障线路跳闸/重合闸等产生的过度过程。防止操作过电压的措施根据操作的对象不同而有所不同，一般采用重击穿概率低的断路器或设置金属氧化物避雷器限制操作过电压。

谐振过电压，因系统的电感、电容参数配合不当而引起的各类谐振现象及电压升高。所以防止谐振过电压的措施即破坏谐振条件，使参数配合避开谐振区，需要对系统有整体的参数预测，从而调整电网参数。

三、分类

(1) 线性谐振过电压：谐振回路由不带铁芯的电感元件(如输电线路的电感,变压器的漏感)或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件(如消弧线圈)和系统中的电容元件所组成。

(2) 铁磁谐振过电压：谐振回路由带铁芯的电感元件(如空载变压器、电压互感器)和系统的电容元件组成。因铁芯电感元件的饱和现象，使回路的电感参数是非线性的，这种含有非线性电感元件的回路在满足一定的谐振条件时，会产生铁磁谐振。

(3) 参数谐振过电压：由电感参数作周期性变化的电感元件(如凸极发电机的同步电抗在Xd ～ Xq间周期变化)和系统电容元件(如空载线路)组成回路，当参数配合时，通过电感的周期性变化，不断向谐振系统输送能量，造成参数谐振过电压。

（4）中性点不接地系统的谐振分基波谐振、高频谐振和分频谐振三种，谐振一般由接地和激发产生，根据运行经验，当向仅带有电压互感器的空母线突然充电时易产生基波谐振;当发生单相接地时易产生分频谐振，特别是单相接地突然消失(如拉路)时易激发谐振。发生谐振时，相间电压不变，电压互感三角会出现谐振频率电压，信号会报“系统单相接地”信号，若不仔细分析其电压变化，会误认为是系统单相接地故障，对于没有装设消弧线圈的变电站，快速消除谐振更为重要，下面对三种谐振现象进行一一分析：

a、基波谐振：发生基波谐振时，相对地电压有以下两种现象：

1) 一相电压下降(不为零)，两相电压升高超过线电压或电压表顶表；

2) 两相电压下降(不为零)，一相电压升高或电压表顶表；

其相对地电压的过电压小于或等于3倍相电压。

b、高频谐振：发生高频谐振时，其相对地电压的过电压小于或等于4倍相电压，三相对地电压一起升高，远远超过线电压或电压表顶表。

c、分频谐振：发生分频谐振时，三相对地电压依相序次序轮流升高或同时升高，并在(1.2~1.4)倍相电压间做低频摆动，大约每秒一次。

四、防止中性点不接地电网发生谐振过电压的措

（1）对中性点绝缘系统，当断线电源侧接地时，为使过电压不超过一定值，要求线路正序电容与接于线路上变压器励磁电抗之比不小于25。

（2）对电磁式电压互感器的开口三角形接线绕组中加装电阻，使Ｒ≤0.4ＸT，ＸT为互感器在线电压下单相换算至辅助绕组的励磁电抗。

（3）选择消弧线圈位置时，尽量避免电网中一部分失去消弧线圈的可能性。

（4）采取临时倒闸措施，如投入事先规定的某些线路或设备。

当用母线向空母线充电时发生谐振，应立即拉开母联断路器使母线停电，从而消除谐振。送电时，防止谐振发生的办法是：采用线路和母线一起充电的方式或者对母线充电前退出电压互感器，充电正常后再投入电压互感器。当变压器向接有电压互感器的空载母线合闸充电时，在可能条件下，应将变压器中性点接地或经消弧线圈接地。其目的是防止由于电磁场和电场参数的偶合，即避免在回路中，使感抗等于容抗，发生串联谐振，从而使谐振过电压引起电气设备损坏。

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