淺析電網(wǎng)過電壓限制方法

    江口電站10KV系統(tǒng)運行時間達(dá)到40天后，在投運一臺照明變壓器3分鐘后，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)突然告警“10KV系統(tǒng)母線1、2、3段接地”，并告警復(fù)歸發(fā)出故障音響。隨即，“10KV系統(tǒng)母線2段接地”故障信號每1秒鐘持續(xù)告警、復(fù)歸，3分鐘后1、3段母線相繼出現(xiàn)接地告警信號，共歷時長達(dá)2小時，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)正常運行，后經(jīng)過運行人員檢查后發(fā)現(xiàn)，2、3段電壓互感器B相熔斷器熔斷，絕緣環(huán)氧樹脂受熱噴出，同時3條母線的其余電壓互感器均有不同程度絕緣破損開裂現(xiàn)象。檢查母線及新投運變壓器，均無接地故障。二次接線也檢查無故障。重新組合一組互感器投入運行，沒有故障產(chǎn)生，三相電壓平衡。由此判斷此次事故應(yīng)該是由于諧振過電壓產(chǎn)生。

    一、電網(wǎng)過電壓產(chǎn)生的條件、特點和危害

    電力供電系統(tǒng)或者說在電力供電電網(wǎng)上，過電壓現(xiàn)象十分普遍。如果沒有防范措施，隨時都可能發(fā)生，也隨時都可以發(fā)現(xiàn)。引起電網(wǎng)過電壓的原因很多。主要可分為內(nèi)部過電壓和雷電過電壓，內(nèi)部過電壓包括諧振過電壓和操作過電壓，其中諧振過電壓在正常運行操作中出現(xiàn)頻繁，其危害性較大。

    諧振過電壓引起的事故是很頻繁的，它在各級電網(wǎng)中都可能發(fā)生

    系統(tǒng)中許多元件是屬于電感性的或電容性的，例如電力變壓器、互感器、發(fā)電機(jī)、消弧線圈為電感元件，補(bǔ)償用的并聯(lián)或串聯(lián)電容器組，高壓設(shè)備的寄生電容為電容元件。而線路各導(dǎo)線對地和導(dǎo)線間既存在縱向電感又存在橫向電容。這些元件組成復(fù)雜的L-C振蕩回路，在一定的能源作用下，特定參數(shù)配合的回胳中會出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，引起電壓的異常升高。

    諧振常屬于穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，因此其持續(xù)時間比操作過電壓長得多，可以穩(wěn)定地存在，直至進(jìn)行新的操作破壞原回路的諧振條件為止。

    正是由于諧振過電壓的持續(xù)時間長，所以其危害也大、在電力系統(tǒng)中，諧振過電壓不僅危及電氣設(shè)備的絕緣，還可能產(chǎn)生持續(xù)的過電流而燒斷熔絲或設(shè)備，同時還會影響到過電壓保護(hù)裝置的工作條件，普通避雷器常因在諧振過電壓下動作而又不能滅弧的情況下會遭到毀壞。

    二、諧振過電壓的種類

    雖然在不同電壓等級以及不同結(jié)構(gòu)的電力系統(tǒng)中會產(chǎn)生情況各異的諧振過電壓．但按其性質(zhì)而言大致分為三種：

    1、線性諧振過電壓

    線性諧振回路中的L和C都是常量，它們不隨元件上的電流、電壓而變化。主要指不帶鐵芯的電感元件(如輸電線路的電感、變壓器的漏感)或勵磁特性接近線性的含鐵芯電感元件(如消弧線園，其鐵芯磁路中通常留有空氣隙)和系統(tǒng)中的電容元件所引起的串聯(lián)諧振回路。它在正弦交流電源的作用下，若電源頻率和L-C自振頻率相等或接近時，即會產(chǎn)生強(qiáng)烈的諧振現(xiàn)象，導(dǎo)致元件上產(chǎn)生很高的過電壓。

    2、鐵磁諧振過電壓

    鐵磁諧振往往和鐵芯電感的飽和性相聯(lián)系，由于鐵心電感的磁通和電流之間的非線性關(guān)系，其電感值不再是常量，從而區(qū)別于線性諧振的許多特點，這種含有非線性電感元件的回路在滿足一定的諧振條件時,會產(chǎn)生鐵磁諧振。電力系統(tǒng)中的鐵磁諧振回路一般由空載變壓器或電壓互感器和系統(tǒng)的電容元件組合而成。

    3、參數(shù)諧振過電壓

    參數(shù)諧振過電壓是因為系統(tǒng)中的某些元件的參數(shù)在外力的作用下，發(fā)生周期性變化而誘發(fā)的。通常是由于電機(jī)旋轉(zhuǎn)時電感大小的周期變化，如果該電機(jī)接有一定值的電容性負(fù)荷(如空載線路)，當(dāng)參數(shù)在一定的配合下，變化的電感周期使地把能量引入諧振系統(tǒng)，形成過電壓。

    過電壓一旦發(fā)生，往往造成電氣設(shè)備的損壞和大面積的停電事故。電力生產(chǎn)運行的記載和事故分析表明，中低壓電網(wǎng)中過電壓事故大多數(shù)都是由諧振現(xiàn)象所引起的。由于諧振過電壓作用時間較長，所引起諧振現(xiàn)象的原因又很多，因此在選擇保護(hù)措施方面造成很大的困難。為了盡可能地防止諧振過電壓的發(fā)生，在設(shè)計和操作電網(wǎng)設(shè)備時，應(yīng)進(jìn)行必要的估算和安排，以避免形成嚴(yán)重的串聯(lián)諧振回路；或采取適當(dāng)?shù)姆乐怪C振的措施。

    三、對江口電站諧振過電壓的分析

    根據(jù)江口電站事故現(xiàn)象，可以分析是由于鐵磁諧振過電壓造成2段母線互感器損壞，從而誘發(fā)互感器內(nèi)部產(chǎn)生間隙電弧接地造成事故擴(kuò)大。大致分析如下。

    在中性點不接地系統(tǒng)中，常通過測量三相對地電壓來監(jiān)視絕緣。為此，發(fā)、變電站母線上接有Y0接線的電磁式電壓互感器。于是，網(wǎng)絡(luò)對地參數(shù)除了電力設(shè)備和導(dǎo)線（或母線）對地電容C0除外，又有了電壓互感器的勵磁電感L，見圖a所示，網(wǎng)絡(luò)的等值電路如圖b示。

    正常運行時，ωL>1/ωC0網(wǎng)絡(luò)對地阻抗呈容性且三相基本平衡，電網(wǎng)中性點對地電位偏移很小。但是，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行某些操作（例如斷路器合閘，接地故障消失）,由于三相互感器在受到擾動后電感飽和程度不一樣而形成三相對地阻抗不平衡，造成負(fù)載中性點與電源中性點之間的電位偏移。