串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置的影響及防護(hù)
一、諧波諧振的危害：
串聯(lián)、并聯(lián)電路諧振頻率與系統(tǒng)電阻無(wú)關(guān),當(dāng)系統(tǒng)諧波源頻率天時(shí)就會(huì)發(fā)生串聯(lián)或并聯(lián)諧振。若、很小,可以激發(fā)二次或三次諧波的高次諧波諧振過(guò)電壓若、很大,則能激發(fā)分頻諧波的諧振過(guò)電壓,這兩種諧振過(guò)電壓都表現(xiàn)為三相對(duì)地電壓的同時(shí)升高,而線電壓正常。試驗(yàn)研究表明,基波諧振和高次諧波諧振過(guò)電壓一般不超過(guò)倍額定電壓,對(duì)于分頻諧波諧振,由于受到電壓互感器鐵芯嚴(yán)重飽和的限制,過(guò)電壓一般不超過(guò)倍額定電壓,但勵(lì)磁電流急劇增加,瞬時(shí)可高達(dá)額定勵(lì)磁電流的幾十倍以上,引起高壓保險(xiǎn)絲的頻繁熔斷。
①串聯(lián)或并聯(lián)諧振會(huì)產(chǎn)生高于電源數(shù)倍的電壓,施加在回路中的電容器、互感器、斷路器等設(shè)備上,引起高壓電氣設(shè)備絕緣損壞。在熔斷器未及時(shí)熔斷的情況下會(huì)引起電壓互感器噴油、繞組燒毀甚至爆炸。
②諧振引起的過(guò)電壓,還可以導(dǎo)致氧化鋅避雷器的損壞。無(wú)間隙氧化鋅避雷器的過(guò)電壓耐受能力有限,如果選用氧化鋅避雷器的直流電壓偏低,在過(guò)電壓的作用下連續(xù)動(dòng)作,終會(huì)發(fā)生熱崩潰而損壞。
③在電壓互感器熔斷器不能及時(shí)熔斷的情況下,引起電壓互感器二次電壓升高,對(duì)二次繼電保護(hù)設(shè)備和計(jì)量?jī)x表的絕緣造成損壞或引起繼電保護(hù)設(shè)備的誤動(dòng)。
④基波諧振時(shí),出現(xiàn)虛幻接地現(xiàn)象,易引起值班人員的誤判斷,表現(xiàn)為兩相電壓升高,一相電壓降低,線電壓正常,其現(xiàn)象與單相接地相同。
⑤諧振時(shí)電壓互感器鐵芯的飽和會(huì)使變比誤差增大,影響計(jì)量、測(cè)量精度。
⑥諧波諧振引起電網(wǎng)的諧波損耗增大。
二、諧波諧振的預(yù)防和應(yīng)對(duì)措施：
①少諧波源的產(chǎn)生
在選用鐵芯設(shè)備時(shí)盡量選用勵(lì)磁特性好、伏安特性高、鐵芯不易飽和的電磁式電壓互感器、變壓器、電抗器。在選用電磁電壓互感器時(shí)應(yīng)注意同時(shí)提高三相電壓互感器的勵(lì)磁特性和伏安特性曲線的線性度,盡量選用同型號(hào)、同批次生產(chǎn)的單相電壓互感器,也可以采用電容式電壓互感器代替電磁式電壓互感器。
斷路器三相不同時(shí)合閘,由于合閘瞬間三相電壓的不同,會(huì)引起的三相負(fù)載的不對(duì)稱,使電源的中性點(diǎn)產(chǎn)生位移,中性點(diǎn)對(duì)地電壓與電源電壓疊加會(huì)使三相對(duì)地電壓同時(shí)升高或兩相、單相對(duì)地電壓升高,使回路中的電磁式電壓互感器或電抗器線圈很快飽和,激磁電流的波形發(fā)生畸變,產(chǎn)生高次諧波。
②限制諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流在諧波源處裝設(shè)交流濾波器是防止諧波源向系統(tǒng)注入諧波電流的有效而通用的措施。
交流濾波器分為調(diào)諧濾波器分為單調(diào)濾波器和雙調(diào)濾波器和高通濾波器,對(duì)產(chǎn)生較低次數(shù)如、、次諧波含量較大的大容量的諧波源,可對(duì)每次諧波各裝一個(gè)單調(diào)濾波器,將諧波分別濾除對(duì)次數(shù)較高的各次諧波如次及以上各次,可通過(guò)安裝一個(gè)高通濾波器將其諧波部濾除。將有源電力濾波器裝設(shè)在諧波源處,用于抑制諧波源產(chǎn)生的絕大部分的諧波電流注入系統(tǒng)。
③采取有效措施使系統(tǒng)的參數(shù)處于諧振范圍之外改變參數(shù),避開諧振區(qū)域控制投入電壓互感器的臺(tái)數(shù)。改變投入補(bǔ)償電容器的組數(shù),在保證系統(tǒng)功率因數(shù)要求的前提下,通過(guò)改變系統(tǒng)的容性參數(shù),以避開諧振區(qū)域。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)經(jīng)消弧線圈接地。少油斷路器斷口均壓電容與母線電壓互感器發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí),在斷路器遮斷容量允許的條件下,取消斷路器斷口均壓電容器。投入空載線路,改變系統(tǒng)的感性或容性參數(shù)。
④從倒閘操作程序上防止諧振的發(fā)生在母線充電倒閘操作過(guò)程中,若電源斷路器由冷備用轉(zhuǎn)為熱備用時(shí),發(fā)生電壓互感器鐵磁飽和引起的母線諧波諧振,則應(yīng)立即將斷路器轉(zhuǎn)入運(yùn)行,通過(guò)接入空載變壓器或空載線路改變電感、電容參數(shù),來(lái)避開諧振區(qū)域以消除諧振,或先斷開母
電壓互感器刀閘,再將電源斷路器由冷備用轉(zhuǎn)為熱備用,等母線充電后再將電壓互感器投入在母線停電倒閘操作過(guò)程中,若電源斷路器由運(yùn)行轉(zhuǎn)為熱備用時(shí)母線產(chǎn)生諧振,則應(yīng)立即將其返回運(yùn)行狀態(tài),將母線電壓互感器刀閘斷開后,再操作電源斷路器使母線停電。
⑤增加回路損耗
在電壓互感器的高壓繞組中性點(diǎn)串接阻尼電阻。或非線性電阻消諧器如型消諧器后接地,通過(guò)電阻的阻尼作用抑制流過(guò)繞組的諧波電流,避免鐵芯飽和產(chǎn)生的諧波引起諧振。在電壓互感器的二次側(cè)零序電壓線圈開口三角形繞組中接入低值消諧電阻一。,或采用分頻繼電器,當(dāng)發(fā)生諧振時(shí)自動(dòng)將非線性電阻接入電壓互感器開口三角形回路中。
采用零序電壓互感器。將三臺(tái)電壓互感器一次側(cè)接成星形,中性點(diǎn)通過(guò)一臺(tái)零序電壓互感器接地,主電壓互感器二次輔助線圈接成閉口三角形以防止諧振。
三、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀：
數(shù)十年來(lái),國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者對(duì)鐵磁諧振進(jìn)行了大量的研究,包括理論分析、各種試驗(yàn)以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算等,從各個(gè)小同角度解釋了鐵磁諧振的現(xiàn)象及其變化規(guī)律,并提出了一系列抑制鐵磁諧振的措施,研制了相應(yīng)的裝置,在系統(tǒng)運(yùn)行中取得了一定的效果。關(guān)于鐵磁諧振的理論分析和計(jì)算主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
①在早期的理論分析中,分析鐵磁諧振常用的方法有圖解法、相平而法、多在對(duì)鐵磁諧振發(fā)生機(jī)理進(jìn)行定性的分析,這些方法簡(jiǎn)捷、直觀,是對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)方法的一個(gè)很好的補(bǔ)充。但是,它們的研究對(duì)象*于單相串聯(lián)的非線性諧振電路。
②年代后,開始使用各種非線性系統(tǒng)的分析法對(duì)諧振電路一一非線性二階電路進(jìn)行分析。例如,幅頻法、描述函數(shù)法、平均法、諧波平衡法等。這些方法都屬于一種近似的解析法,只能對(duì)穩(wěn)態(tài)情況進(jìn)行分析。隨著計(jì)算方法和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展,人們將數(shù)字仿真引入到鐵磁諧振的研究中來(lái)。對(duì)其暫態(tài)特性進(jìn)行了研究。
③年代后期以來(lái),國(guó)外學(xué)者又把鐵磁諧振與非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和混沌分析結(jié)合起來(lái),將分叉理論、奇異和非奇異吸引子的概念引入鐵磁諧振的研究領(lǐng)域,利用功率譜密度和龐加萊映射的方法和數(shù)字仿真技術(shù)對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。將鐵磁諧振電路的響應(yīng)分為三類周期響應(yīng)、擬周期響應(yīng)和混沌響應(yīng)。并證實(shí)在一定的初始條件下,電力系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)混沌現(xiàn)象。
④用數(shù)字仿真方法對(duì)鐵磁諧振進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)計(jì)算。隨著計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展,近年來(lái)出現(xiàn)了用數(shù)字仿真分析鐵磁諧振的方法,利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字仿真,我們可以方便的改變系統(tǒng)中的各種參數(shù),使得分析更加全面。
四、并聯(lián)電容器諧振特性分析：
并聯(lián)電容器是目前國(guó)內(nèi)采用的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)施,它是為了減少線路上因大量無(wú)功傳輸而引起的電能損失,解決地區(qū)無(wú)功電源容量不足,提高功率因數(shù),保證電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要措施。但是,隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用,用電負(fù)荷的結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大的變化,大量的非線性負(fù)荷特別是電弧爐、電氣化鐵路、晶閘管調(diào)壓及變頻調(diào)整裝置的運(yùn)行,由于其非線性、沖擊性以及不平衡性的用電特性,向電力系統(tǒng)注入大量諧波電流,電網(wǎng)的電壓波形發(fā)生畸變,嚴(yán)重地影響了電能質(zhì)量。
當(dāng)一個(gè)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(huì)發(fā)生諧波諧振。電容器的諧波容抗和系統(tǒng)諧波感抗的配合,將造成注入諧波的并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振及諧波的成倍放大,使并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置中的電容器和串聯(lián)電抗器產(chǎn)生諧波過(guò)電流、過(guò)電壓和過(guò)負(fù)荷,致使電容器異常發(fā)熱,并使電容器的局部放電性能下降,加速絕緣介質(zhì)的老化,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的積累,促使電容器和串聯(lián)電抗器的損壞。同時(shí)使系統(tǒng)諧波水平升高,影響電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。故需要弄清并聯(lián)電容器諧波諧振的原理,找到切實(shí)解決這一問(wèn)題的方法。
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