串（chuàn）聯諧振試驗裝置的影響及防護

一、諧波諧振（zhèn）的危害：

串聯、並聯（lián）電（diàn）路諧（xié）振頻率與係統電阻無關,當係統諧波源頻率天時就會（huì）發生串聯或並聯諧振。若、很小,可以激發二（èr）次或三次諧波的高次（cì）諧（xié）波諧（xié）振過電（diàn）壓若、很大,則（zé）能（néng）激發分頻諧波的諧振過電壓,這兩種（zhǒng）諧振過電（diàn）壓都（dōu）表（biǎo）現為三相對地電壓的同時升高,而線電壓正常。試驗研究表明,基波諧振和高次諧（xié）波諧振過電壓一（yī）般不超過（guò）倍額定電壓,對於分頻（pín）諧波諧振（zhèn）,由於受到電（diàn）壓互感器（qì）鐵芯嚴重飽和的限製,過電壓一般不（bú）超過倍額定電壓,但勵磁電流（liú）急劇增加,瞬時可（kě）高達額定（dìng）勵磁電流的幾十倍以（yǐ）上,引起高壓保險絲的頻繁熔斷。

①串聯或並聯諧振會（huì）產生高於電源數倍的（de）電壓,施加在回路中的電容器、互感器、斷路（lù）器等設備（bèi）上,引起高壓電氣設備絕緣損（sǔn）壞。在熔斷器（qì）未及時（shí）熔斷的情況下會引起電壓互感器噴油、繞組燒毀甚至爆炸。

②諧振引起的過電壓,還（hái）可以導致（zhì）氧化鋅避雷器（qì）的損壞。無間隙氧化鋅（xīn）避雷器的過電壓耐受能力有（yǒu）限,如果選（xuǎn）用氧化（huà）鋅避雷器（qì）的直流電（diàn）壓偏低,在過電壓的作用下連續動作,終會發（fā）生熱崩潰（kuì）而損壞。

③在電壓互感器熔斷器不能及時熔斷的情況下,引起電壓互（hù）感器二次電壓（yā）升高,對二次繼（jì）電保護（hù）設（shè）備和計量儀（yí）表的絕（jué）緣造成損壞或引起繼電保護設備的誤動。

④基波諧振（zhèn）時,出現虛幻接（jiē）地現象,易引起值班（bān）人員的誤判斷,表現（xiàn）為兩相電壓升高（gāo）,一相電壓降低,線電壓正常,其現（xiàn）象與單相（xiàng）接地相同。

⑤諧振時電（diàn）壓互感器鐵芯的飽和會（huì）使變比誤差增大,影響計量、測量精度。

⑥諧波（bō）諧振引起電網的諧波損耗增大。

二、諧波諧振（zhèn）的預防和應對措施：

①少諧波源的產生

在選用鐵芯設備時盡量選用勵磁特性好、伏安特性高、鐵芯不易飽（bǎo）和的電（diàn）磁式電壓互感器、變壓器、電抗器（qì）。在（zài）選（xuǎn）用電（diàn）磁電壓互感器時應注意同時提（tí）高三相電（diàn）壓互感器的勵磁特性和伏安特性（xìng）曲線的（de）線性度,盡量選（xuǎn）用同型號、同批次生（shēng）產（chǎn）的（de）單相電壓互（hù）感器,也（yě）可以（yǐ）采用電容式電壓互感器代替電磁式（shì）電壓互感（gǎn）器。

斷路器三（sān）相不同時合閘,由於合閘瞬（shùn）間三（sān）相電壓的不同,會引起（qǐ）的三（sān）相負載（zǎi）的不（bú）對稱,使電源的中性點產生位移,中性點對地電壓與電源電壓疊加會使三相對地電壓（yā）同時升高或兩相、單相對地電壓升高（gāo）,使（shǐ）回路中的電磁式電壓互感器或電抗器（qì）線圈很快飽和,激磁電流的波形發生畸變,產生高次諧波。

②限製諧波源注入電網（wǎng）的諧波電流在諧波（bō）源處裝設（shè）交流濾波器是防止（zhǐ）諧波源向係統注入諧波電流的有效而通用的措（cuò）施。

交流濾波器（qì）分（fèn）為調諧濾波器分（fèn）為單調濾波器和雙調濾波（bō）器和高通濾波器,對產生（shēng）較低次數如、、次諧波含（hán）量較（jiào）大（dà）的大容量（liàng）的諧波源,可對每（měi）次（cì）諧（xié）波各裝一個單調（diào）濾波器,將諧波分別濾除對次數較高的各次諧波如次及（jí）以上各次,可通（tōng）過安裝一個高通濾波器將其諧波部濾除。將有（yǒu）源（yuán）電力濾波器裝設在諧波源處,用（yòng）於抑製諧波源產生的絕大部分的諧波電流注入係統。

③采取有（yǒu）效措（cuò）施使係統（tǒng）的參數處於諧振範圍之外改變參數,避開諧振區域控製（zhì）投（tóu）入（rù）電壓互感器的台數。改變投入補償電（diàn）容器的組數,在保證係統（tǒng）功（gōng）率因數要求的前提下,通過改變（biàn）係統的容性參數,以避開諧振區（qū）域。中性點不接地（dì）係統經消弧線圈接（jiē）地。少油斷路器（qì）斷口均壓電容與母線電壓互感器發生（shēng）串聯諧振時,在斷（duàn）路（lù）器遮斷容量允許的條件下,取消斷（duàn）路器斷口均壓電容器（qì）。投入空載線路,改變係統的感性或容性參數。

④從倒閘操作程序上防止諧振的發生在母線充電（diàn）倒閘（zhá）操作過程中,若電源斷路器由冷（lěng）備用（yòng）轉為熱備（bèi）用時,發生電壓互感器鐵磁飽和引起的母線諧波諧振（zhèn）,則應（yīng）立即將斷路器轉入（rù）運行,通（tōng）過接入（rù）空載變壓器或空載線路改變電感、電容參數,來避開諧振區域以消除（chú）諧振,或先斷開母

電壓互（hù）感器刀閘,再將（jiāng）電源斷（duàn）路器由冷備用轉為熱備用,等母線充電（diàn）後再將電壓（yā）互感器投入在母線停電倒閘操作過程中,若電（diàn）源斷路器由運行（háng）轉為熱備用時母線產生諧振,則應立即將其（qí）返回運行狀態,將（jiāng）母線電壓互感器刀閘斷開後,再操作電源斷路器使（shǐ）母線停電。

⑤增（zēng）加回路損耗

在（zài）電壓（yā）互感器（qì）的高壓繞組中性點串接阻尼電阻（zǔ）。或非線性電阻消諧器如型消諧器後接地,通過電阻的（de）阻尼作用抑製流過繞組的諧波電流,避免鐵芯飽和產生的諧波引起諧振。在電壓互感器的二次側零（líng）序電壓線圈開口三（sān）角形（xíng）繞組中（zhōng）接入低值（zhí）消諧電阻一。,或采用分頻繼電器（qì）,當發生諧（xié）振時自（zì）動將非線性電阻接入電壓互感器開口三角形回路中（zhōng）。

采用零序電壓互感器（qì）。將三（sān）台電壓互感器一次側接成星形,中（zhōng）性點通過一台零序（xù）電壓互感器接地,主電壓互感（gǎn）器二次輔助線圈接成閉口三角形（xíng）以防止諧振。

三、國內（nèi）外研究現狀（zhuàng）：

數十年來,國內外的專家學（xué）者（zhě）對鐵磁諧振進（jìn）行了大量的研究,包（bāo）括理論（lùn）分析、各種（zhǒng）試驗以及利用計算機進行數值仿真計算等（děng）,從各個（gè）小同角（jiǎo）度解釋了鐵（tiě）磁諧振的現象及其變化規律,並提出了一係列抑製鐵磁諧振的措施,研製了相應的裝置,在係統運行中取得（dé）了一定（dìng）的效果。關（guān）於鐵磁諧振的理（lǐ）論分（fèn）析和計算主要表現在以下幾個方麵（miàn）:

①在早期的理論分析中,分（fèn）析（xī）鐵磁諧振常用的方（fāng）法有圖解法、相平而法、多在對鐵磁諧振發（fā）生機理進行定性的分析（xī）,這些方法簡捷、直觀,是對模擬實驗（yàn）方法的一個很好的補充。但是,它們的研究對象*於單相串聯的非線性諧振電路。

②年代後,開（kāi）始使用各種非線性係統的分析法對諧振（zhèn）電（diàn）路一一非線性二階電路進行分析。例如,幅頻法、描述函數法、平均（jun1）法、諧波（bō）平衡法等（děng）。這些方（fāng）法都屬於一種近（jìn）似的解析（xī）法,隻能對（duì）穩態（tài）情況進行分析。隨著計算方法和計算技術的發展,人們將數字（zì）仿真引入到鐵磁諧（xié）振的研究中來。對其暫態特性進行了研究。

③年代後期以來,國外學者又把鐵磁諧振與（yǔ）非線性動（dòng）態係統和（hé）混沌分析結合起來,將分叉理論、奇（qí）異和非奇異吸引子的概（gài）念引入鐵磁諧振的研究領域,利用功率譜密度和龐加（jiā）萊映射的（de）方法和數字仿真技術對其進行動態分析。將鐵磁諧振電路的（de）響應分為（wéi）三（sān）類周期響應、擬（nǐ）周期（qī）響應和混沌響應。並證（zhèng）實在一定的初始條件下,電力係統也會出現混沌（dùn）現象。

④用數字仿真（zhēn）方法對鐵（tiě）磁諧振進行穩（wěn）態和暫態計算。隨著計算機（jī）和計算技術的發展,近年來出（chū）現了用數（shù）字仿真分析鐵磁諧振（zhèn）的方法,利用計算機（jī）進行數字仿真,我們可以方便（biàn）的改變係統中的（de）各種參數,使得分析更加全麵。

四、並聯電容器諧振特性分析：

並（bìng）聯電（diàn）容（róng）器是目前國（guó）內采用的無功補償設施,它是為了減（jiǎn）少線路上因大量無功傳輸而引起的電能損失,解決地區無（wú）功電（diàn）源容量不足,提高功率因數,保證（zhèng）電力係統安全經濟（jì）運行的重要措施（shī）。但是,隨著電力係統的發展和電力電子技術的廣泛應用,用電負荷的結構發生了重大的變化（huà）,大量的非線性負荷特別是電弧爐、電氣化鐵路、晶閘管調壓及變頻調整裝置的運行,由於其非線性、衝擊性以及不平衡性的用電特性,向（xiàng）電力係統注入大量諧波電流,電網的電（diàn）壓波形發生畸變,嚴重地影響了電能質量。

當一個諧波源在諧波頻率下,激勵（lì）一個（gè）感抗與容抗大小近似相等的電路,則該電路就會發生諧波諧振。電容器的諧波容抗（kàng）和（hé）係統諧波感抗的配合,將造成注入諧波的並聯（lián）諧振或串聯諧振及諧波的成倍放大,使並聯電容補（bǔ）償裝（zhuāng）置中的電容器和串聯（lián）電抗器（qì）產生諧波過電流、過電壓和過負荷,致使電容（róng）器異常發熱,並使電（diàn）容（róng）器（qì）的局部放電性能下降,加速絕緣介質的（de）老化,經過一段（duàn）時（shí）間（jiān）的積累,促使電容器（qì）和（hé）串聯電抗器的損壞。同時（shí）使係統諧波水平升（shēng）高（gāo）,影響電網的安全經濟運行。故需要弄清並聯（lián）電（diàn）容器諧波諧（xié）振的原理,找到切實解決（jué）這一問題（tí）的方法。

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