浅谈水电厂铁磁谐振过电压原因及预防

浅谈水电厂铁磁谐振过电压原因及预防

张国华1任海洲2李由杰3

1水利部小浪底水利枢纽管理中心河南郑州450099；2.3黄河水利水电开发总公司河南郑州450099

摘要：过电压故障现象在水电厂等电力系统时常发生。主要引起原因包括：设备故障、谐振过电压、雷击过电压、并网过电压以及负荷剧烈震荡等。其中，铁磁谐振过电压危害特别大，往往带来设备损坏、系统电压较大波动甚至并网设备异跳闸。

关键词：水电厂；铁磁谐振过电压；分析；预防措施

引言

铁磁谐振过电压严重影响水电厂等电力系统设备的运行安全，甚至破坏电力系统稳定性。本文着重针对水电厂实际发生的铁磁谐振过电压事件产生原因开展分析和总结，并提出安全有效预防措施。

1电厂概况

广东粤电青溪发电有限责任公司（以下简称青溪水电厂）位于广东省大梅州市埔县，拥有4台单机36MW轴流转浆式水轮发电机组，采用两机一变扩大单元接线方式，机组出口母线电压13.8kV，20.5m水头日调节水库，原设计发电量4.33亿kWh。全厂主设备配置：220kV主母与旁母带220kV青雁线，1、2、3号主变，110kV单母线带1137和1213线路，2台厂用变压器和1台近区变，4台36MW发电机。

2谐振过电压事件处理过程

青溪水电厂2号主变检修完成后向广东中调申请并网试验，12月15日3时16分电厂人员合上2号主变变高2202开关对2号主变开始充电，2号主变参数一切正常，13.8kVII段母线三相电压正常，220kV母线电压正常。但电厂人员接着合上42B厂变开关时，发现II段母线13.8kV相电压A相10.6kV，B相11.3kV，C相10.5kV，线电压为AB相19.0kV，BC相18.3kV，AC相18.4kV，相电压和线电压来回波动，110kV和220kV系统设备相关电压、电流无异常。综合判断为13.8kV空载母线发生电压谐振。随后电厂人员按相应情况逐步开展消除电压谐振措施：

（1）将厂用电切为II段全供，故障无法消除；

（2）将近区用电切为II段全供，故障无法消除；

（3）断开2号厂变812开关，故障无法消除；

（4）向中调申请断开2号主变变高2202开关，电压恢复正常。事件造成2号主变非计划停运，中调责成电厂查明事件原因和提交并网申请报告。

图一

3铁磁谐振产生的原因及其分析

中性点不接地系统中，水电厂升压站为监视相关设备可靠性，母线普遍接入Yo接线的电磁式电压互感器。由于接有Yo接线的电压互感器，网络对地参数除了电力导线和设备的对地电容Co外，还有互感器的励磁电感L，由于系统中性点不接地，Yo接线的电磁式电压互感器的高压绕组，就成为系统三相对地的唯一金属通道。由于电压互感器励磁阻抗的伏安特性一般较高，铁芯不易饱和，平时三相处于平衡状态，中性点电压可以忽略不计，但在电厂处在并网合闸中或有外部干扰时，一次侧绕组出现的涌流可能导致铁芯深度饱和，造成电感值下降到ωL=1/（ωC），电感饱和波动而形成对地电阻不一致，引发线路对地电容不断上下震荡，给铁磁谐振过电压创造了客观条件。中性点不接地系统中，电压互感器的铁心高度饱和引起的铁磁谐振过电压和往往带来相关设备的内部过电压故障。

青溪水电厂在合上2号厂变812开关对42B、62B充电过程中，由于系统运行方式的突然改变，引起铁磁谐振过电压。本次操作正好是用13.8kVII段空载母线向2号厂变充电，发生电压谐振后，虽然电厂人员采取破坏谐振条件措施，但只能轻微改变局部电容、电抗，未能破坏系统感抗、容抗的匹配状态，因此谐振状态无法消除。

4防范措施

针对此次事件发生的整体情况，为防范本厂此类事件再次发生影响设备安全，电厂侧相关设备在并网运行过程中应注意以下几点：

（1）对存在不满足要求的相关设备列入技改计划，选用电压互感器工作点位于伏安特性线性部分，避免类似事件发生时铁芯过于容易饱和，从源头上减少电厂的谐振概率；

（2）由于事发突然，电厂在P13.8kVII段母线电压互感器PT开口三角处串列340欧的阻尼电阻，要求电厂人员充电后检查220kV系统电压和13.8kVII段母线电压正常后方可退出阻尼电阻；

（3）电厂主变进行充电前，中性点地刀必须处于合闸位置，阻尼电阻空气开关必须处于合闸位置，并要求从启动方案、两票等方面严格把控相关操作流程；

（4）如果合上2号主变变高2202开关时13.8kVII段母线发生谐振，应立即合上厂用变高812开关，将近区用电和厂用电倒换至13.8kVII段母线供电，检查谐振是否消除；如果谐振未消除应立即申请中调断开2号主变变高2202开关；

（5）如果合上厂用变高812开关时13.8kVII段母线发生谐振，将近区用电和厂用电倒换至13.8kVII段母线供电，检查谐振是否消除；如果谐振未消除应立即断开812开关，检查谐振是否消除；如果谐振未消除应立即申请中调断开2号主变变高2202开关；（应先倒换厂用电）；

（6）下一步尽快采购装微机型消谐装置，用技术手段确保消谐设备可靠投入。由于微机型消谐装置能够实时监测电压互感器PT开口三角处的电压和频率，当发生了铁磁谐振的时候，会瞬时启动谐振元件，产生强大的阻尼力量，从而消除谐振；

（7）完善电压互感器的保护，在电压互感器高压侧装设可靠高压熔断器。运行经验表明，在电网发生铁磁谐振过电压时，高压熔断器保险熔断，可有效避免谐振过电压造成电压互感器的损坏。

谐振过电压异常情况的发生与系统、人为等因素有关，具有一定的偶发性，发生机会比较少。在多台并联运行的电压互感器中性点加装阻尼电阻R0，只要满足R0>=6%XL即可消除谐振。在加装中性点电阻时还应考虑电阻的功率及表面爬电距离。

5结语

本水电厂多年前10kV母线在送电过程中也发生过一次铁磁谐振，在10kV母线PT二次开口三角绕组接入阻尼电阻后，10kV母线操作过程中再未发生过铁磁谐振。综上论述，以上相关预防措施可以在一定程度上解决此类谐振过电压故障，提高电力系统相关设备可靠性。

参考文献

[1]蓝必韬.电力系统谐振消除方法研究[J].科技与企业，2013（14）：299-300.

[2]杨华安.铁磁谐振过电压原因分析及预防[J].江西电力，2009，33（04）：27-28+41.