500_kV变电站母线TV铁磁谐振现象研究_赵永来.pdf

东北电力技术 年第 卷第 期 变电站母线 铁磁谐振现象研究赵永来（国网辽宁省电力有限公司超高压分公司，辽宁 沈阳）摘要：由于近些年电网改扩建工程大量开展，复杂的电网运行方式导致系统产生铁磁谐振的情况大幅度增加。首先对电磁式 产生铁磁谐振的基本原理进行论述，并结合盛京变电站在线路投运过程中，母线 发生铁磁谐振现象案例进行分析，得出开关端口电容和 母线对地电容，以及 非线性电感形成 震荡电路回路是产生该谐振现象的主要原因，提出 型区域是谐振高发区，采用拉开相关隔离开关以及对 追加饱和电抗的方式来抑制铁磁谐振的产生。关键词：铁磁谐振；并联电容；并联电抗器中图分类号 文献标志码 文章编号（）（，）：，：；近些年，由于辽宁省地区电网改造力度不断加大，新旧站改扩建工程大量增加，导致电网结构变得复杂。在此过程中，对于一些特殊运行方式下的 线路产生铁磁的情况大幅度增加，特别是 设备产生谐振概率比较高，主要是开关端口都配置具有均压功能的电容器，因此在一些特殊的操作过程中会产生很大的励磁电流，从而会造成线圈烧毁，严重影响设备安全稳定运行，因此研究分析变电站开关端口电容铁磁谐振情况具有重要意义。铁磁谐振基本原理 母线线路在倒闸操作过程中，在拉最后一条线路时会产生铁磁谐振的概率比较大，开关端口并联电容器电路原理见图，等价电路见图。其中 为开关断口电容；为 母线对地电容；为 一次线圈电阻；为 电感；为电源电压。图 铁磁谐振电路原理图 铁磁谐振等价回路高压断路器在刚断开的瞬间，母线对地电容 上残留的电荷相当于该回路电压源 的最大值，会对 电感 进行放电。通常情况下 年第 卷第 期赵永来：变电站母线 铁磁谐振现象研究 的数值非常小，大约在数千，在 组成的放电电路是一种逐渐衰减的波形，当满足有关参数条件 时，对应的放电电压见图。其中上的放电电压如式（）所示。（）式中：；。图 静电容量的放电形式 的励磁特性曲线见图，回路中的电感为非线性；为铁芯非饱和状态线圈电感；为饱和状态时的线圈电感。励磁曲线中饱和区域的电感 要比非饱和区域变化大，电感 大约为电感 的几百倍。电容 放电时，的工作为 由左到右顺序的循环过程。断路器分闸后，电感 会承受来自电源 产生的感应电压，对应数值为 （），并与 的电压振荡衰减波形进行叠加，从而来补偿回路的衰减振荡电压，若该感应电压数值足够大，且其对应的相位在某一时刻正好与衰减的低频电压的相位相近时，会导致低频电压的幅值持续升高，从而 能够发生.倍的工频铁磁谐振。图 的励磁特性 谐振影响因素及案例分析.铁磁谐振影响因素 发生铁磁谐振与电容、的数值参数有直接联系。当前断路器并联电容 数值参数根据断路器开断台数进行设置。电容 数值根据变电站 的母线管道长度来设置。电容 越小，断路器断口处的感应电压值越大，发生铁磁谐振概率越大。其铁磁谐振发生范围见图。变电站 接线的串内 型区域为发生铁磁谐振的高发区，见图。此时线路侧隔离开关 处于分闸状态，母线对地电容 很小，该运行工况串内 会发生铁磁谐振。图 铁磁谐振发生范围图 接线的串内 区.铁磁谐振案例分析 年 月 日，根据东北网调下达送电方案，检修公司按计划对盛京变电站、号主变压器 系统送电，送电过程中，为了进行沈东变电站 断路器带负荷测相位工作，沈盛 号线经盛京变电站 断路器、断路器送电至 号主变压器、号电抗器；盛京变电站 隔离开关、隔离开关、隔离开关在合位，隔离开关在分位。盛京变电站 侧一次主接线见图。沈东变电站 断路器相位测试结束后，运行人员拉开盛京变电站 断路器。：，在执行网调操作票计划书第 项“拉开 沈盛 号线 断路器”后，母线 相电压出现异常，异常前后运行方式见图。现场检查过程，沈盛 号线 断路器拉开后，运行人员发现监控后台中 母线 相电压显示为.，、相电压分别为.、.，见图。由于 相电压接近正常相电压值且比较稳定，首先怀疑二次回路接线存在问题，二次专业人员立即对测控装置、保护装置运行情况及相关采集数据进行检查核对，对电压回路进行测量并与装置内的 东北电力技术 年第 卷第 期图 盛京变电站主接线图图 盛京变电站发生谐振前后运行方式图 盛京变电站母线电压采样值进行对比分析，对 二次回路接线正确性进行检查，未发现异常，再断开 二次回路空气开关，测得上口电压 .，确认电压来自一次侧。一次检修专业人员检查确认 断路器已分闸，对 断路器的操作机构拐臂行程、分闸位置、二次电缆接线情况进行检查，未发现异常。调阅故障录波图，发现在拉开 断路器后，母线 相电压波形发生畸变，为非正弦波形，据此判断 母线 相发生铁磁谐振，但该谐振与常规谐振产生 倍的过电压有所不同，故障波形见图。图 母线 相发生谐振 铁磁谐振防范措施.铁磁谐振应对方案采用在 二次负载加装可饱和电抗器的方法来抑制铁磁谐振，并且可饱和电抗器的磁饱和电压低于，根据电容、的数值来对 可饱和电抗器的励磁特性和线圈内阻参数进行合理设置。参数确定基准是：保证可饱和电抗器在高磁束密度下工作，并提供一个急剧饱和状态，当发生铁磁谐振工况时，可饱和电抗器在低频电压时先于 之前饱和，并通过其线圈内阻消耗低频电压的能量，从而抑制铁磁谐振现象的发生，见图。根据 的励磁特性以及、的数值参数，来搭建解析模型，通过计算分析来得到可饱和电抗器的参数，见图。可饱和电抗器能量消耗较低，不发热，通常为几，对 产生误差特性的影响非常小，该设计方案可以有效地抑制铁磁谐振。图 励磁特性示意图图 铁磁谐振解析模型.可饱和电抗安装方案采用在 二次端子箱内加装可饱和电抗器的安装方案，通过可饱和电抗器接线端子与 二次绕组端子进行连接，也可采用在 外侧的汇控柜 年第 卷第 期赵永来：变电站母线 铁磁谐振现象研究 内或设置单独的控制箱，来加装可饱和电抗器。可饱和电抗器的 个接线端子分别与三相 外侧二次绕组的端子进行连接。汇控柜内 二次回路接线，见图。图 汇控柜可饱和电抗器接线图 结论结合辽宁电网当前运行情况，根据铁磁谐振的基本原理，分析产生铁磁谐振的根本原因及其应对措施。并且通过盛京变电站线路投运过程中产生铁磁谐振的案例进行分析，得出以下几个方面结论。.开关端口电容和 母线对地电容以及 非线性电感形成 震荡电路回路是产生该谐振的主要原因。.变电站 接线串内 型区域的运行工况与铁磁谐振运行工况比较接近，是产生谐振的高发区域。.在拉开最后一个开关过程中产生铁磁谐振，应及时拉开 隔离开关，若母线 没有隔离开关拉开该开关母线侧隔离开关，在回路中相当于接入一个非常小的，从而消除铁磁谐振。.线路侧 运行工况，由于线路参数 非常大，对应感应电压很小，因此不会发生铁磁谐振。.采用对 追加饱和电抗的方式来抑制铁磁谐振的产生。参考文献：杜正旺，周海全，哈恒旭，等 等面积法则在铁磁谐振分析中的应用 电力系统保护与控制，（）：司马文霞，郑哲人，杨庆，等 用参数不匹配混沌系统的脉冲同步方法抑制铁磁谐振过电压 电工技术学报，（）：，梁志瑞，董维，刘文轩，等 电磁式电压互感器的铁磁谐振仿真研究 高压电器，（）：尹宝训，冯争人.电力变压器励磁状态下的入口电容计算方法 变压器，（）：宋向前，亓佳，韦廷真，等 暂态分析中空心电抗器对地电容的计算 变压器，（）：栾 波，马宪廷，龚轶玲 配电变压器发生断线谐振过电压的理论分析 黑龙江电力，（）：李旭洋，董新洲，薄志谦 电力变压器铁磁谐振检测方法研究 电力系统保护与控制，（）：杨秉义，张立涛，董 博 基于 结构的 铁磁谐振智能消谐装置设计 电力系统保护与控制，（）：谢家安，王玉荣 在铁磁谐振过电压模态参数辨识中的应用 广东电力，（）：李建标，司马文霞，孙廷玺，等 实测铁磁谐振过电压相空间重构及非线性特征量提取 高压电器，（）：，互感器第 部分 带有电磁式电压互感器的变电站中的铁磁谐振：.曾祥君，杨先贵，王 文，等 基于零序电压柔性控制的配电网铁磁谐振抑制方法 中国电机工程学报，（）：，（）：，：，（）：，（）：，：，（）：作者简介：赵永来（），男，硕士，高级工程师，主要从事电网监控工作。（收稿日期）（编辑：孙丝萝）