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丹江口水電廠6kV廠用電配電系統(tǒng)諧振產(chǎn)生原因及消除

文檔作者：孫富根孫強文檔來源：丹江口水力發(fā)電廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年06月03日
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第35卷第6期
2012年12月
水電站機電技術(shù)
Mechanical&amp;amp; Electrical Technique of Hydropower Station
Vo1．35 No．6
Dee_2012
丹江口水電廠6 kV廠用電配電系統(tǒng)諧振產(chǎn)生原因及消除
孫富根，孫強
(丹江口水力發(fā)電廠，湖北丹江口442700)
摘要：介紹丹江口水電廠6 kV廠用電配電系統(tǒng)更新改造后產(chǎn)生諧振的現(xiàn)象，分析諧振產(chǎn)生的原因及采用的消除
方法。
關(guān)鍵詞：6 kV廠用電配電系統(tǒng)；諧振現(xiàn)象；原因分析；消除方法
中圖分類號：TM711 文獻標識碼：B 文章編號：1672—5387(2012)06—0088—03
0概述
丹江口水電廠6 kV廠用電系統(tǒng)擔負著電廠
生產(chǎn)用電和大壩防汛用電的重任，共由三段組成，
每段分別由7、8、9號高壓廠用變提供電源，舊6 kV
系統(tǒng)開關(guān)柜為CFC一15—02型，配SN10—10 I型少
油斷路器，設備老化嚴重，開關(guān)柜設計存在相間絕
緣距離不足的先天缺陷，雖然投運以來未發(fā)生重
大事故，但為了防患未然，確保廠用電及防汛用電
的安全，電廠在2008年12月至2009年4月期
間，借南水北調(diào)中線水源工程丹江口大壩加高及
電廠機電設備改造工程的契機，對其進行了分批
更新改造。改造后的6 kV配電系統(tǒng)開關(guān)柜更換為
KYN28型鎧裝移開式金屬封閉開關(guān)柜，配ABB公
司VD4型真空斷路器，開關(guān)柜安裝機械聯(lián)鎖裝置
和常規(guī)繼電器，滿足“五防”要求，具有控制、測
量、通信等功能。
1新開關(guān)柜投運后產(chǎn)生諧振的現(xiàn)象
2009年2月14日，電廠6 kV廠用電系統(tǒng)I段
母線經(jīng)安裝調(diào)試后投入運行，當合上母線進線電源
開關(guān)，對母線進行充電后，檢查三相電壓不平衡，其
中A相：6 kV，B相：4 kV，C相：2 kV，再依次合上第
四條線路開關(guān)時，此現(xiàn)象消失。兩天后一條送往壩頂
的防汛電源送電運行，同時壩頂防汛電源6 kV母線
帶電運行，經(jīng)觀察有A相電壓偏高現(xiàn)象，二次測值
為71 V(正常在57 V左右)。當合上防汛電源6 kV
母線一臺降壓變后，其開關(guān)柜電能表出現(xiàn)1．2倍電
壓報警信號，防汛電源6 kV母線I段報“接地”信號
，掛在該母線上運行的500 t門機三相電流出現(xiàn)較大
偏差。廠內(nèi)6 kV I段母線電壓互感器柜保護裝置出
現(xiàn)“零壓告警”信號。
得知這一信息后，電廠二次工作人員立即組織
對各電氣數(shù)據(jù)進行了檢查測試，結(jié)果如下：
6 kV廠用電系統(tǒng)I段母線零序電壓3Uo：55 V，
B、C相發(fā)生相位偏移，偏移角260。至220。之間。
斷開送壩頂?shù)姆姥措娫撮_關(guān)后現(xiàn)象消失。
2月19日再次合上壩頂防汛電源開關(guān)，帶防
汛電源6 kV母線并掛一臺降壓變運行，當時無異
常，夜間壩頂值班人員斷開送壩頂防汛電源壩頂
側(cè)的開關(guān)，運行至2月20 Et 08：25，監(jiān)控系統(tǒng)報
6 kV廠用電系統(tǒng)I段母線“保護動作”信號，現(xiàn)場
檢查三相電壓分別為：a相：4．0～4．1 kV，b相：
3．9～4．0 kV，12相：3．9～4．0 kV，I段母線電壓互
感器柜保護裝置顯示I ：80。～145。角之間波動。
再次斷開送壩頂?shù)姆姥措娫撮_關(guān)后諧振現(xiàn)
象未徹底消除，運行人員將6 kV I段母線電壓
互感器拉出再重新投入后，諧振現(xiàn)象徹底消除
(三相電壓：Ua=Ub=Uc=3．6 kV，零序電壓3Uo：0 V，
Iaj：120。)。
綜合以上現(xiàn)象分析，6 kV廠用電系統(tǒng)I段母線
有諧振現(xiàn)象。諧振發(fā)生后最明顯的標志就是相位角
發(fā)生偏移，有零序電壓產(chǎn)生。
2諧振產(chǎn)生的原因分析
6 kV廠用電系統(tǒng)I段母線諧振發(fā)生后，電廠
收稿日期：2012—03—30
作者簡介：孫富根(1974一)，男，高級工程師，從事水電廠運行技術(shù)
管理工作。
萬方數(shù)據(jù)
第6期 孫富根，等：丹江口水電廠6 kV廠用電配電系統(tǒng)諧振產(chǎn)生原因及消除 89
技術(shù)人員對多種運行方式進行了試驗，以求找到
避開諧振的運行方式，但均未成功。為此廠部組織
技術(shù)人員召開了廠用電諧振問題分析會。
丹江電廠6 kV廠用電配電系統(tǒng)屬中性點不
接地系統(tǒng)的運行方式，這種運行方式的最大優(yōu)點
是系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，系統(tǒng)可以持續(xù)運行
2 h，在這期間系統(tǒng)接地故障隨時可能自動消除，
系統(tǒng)恢復正常運行，提高了供電可靠性和連續(xù)性。
但這種運行方式也有一個弊端，就是容易發(fā)生鐵
磁諧振，造成TV一次熔斷器熔斷或燒毀Tv，諧
振產(chǎn)生的過電壓還可能導致絕緣薄弱部位的放
電，引發(fā)更大的事故。
2．1鐵磁諧振發(fā)生機理
鐵磁諧振又稱非線性諧振，諧振回路由帶鐵芯
的電感元件(如空載變壓器、電壓互感器)和系統(tǒng)的電
容元件組成。因鐵芯電感元件的飽和現(xiàn)象，回路的電
感參數(shù)是非線性的，這種含有非線性電感元件的回
路，在滿足一定諧振條件時，會產(chǎn)生鐵磁諧振。在中
性點不接地系統(tǒng)中，為了監(jiān)視三相對地電壓，變電站
內(nèi)6 kV母線常接有Yo接線的電磁式電壓互感器，
其電氣結(jié)線如圖1。
圖1有Y。接線的電磁式電壓互感器接地
， ， 三相電壓；
x?x ，x 一互感器三相勵磁電抗；
一互感器相電阻；
一系統(tǒng)對地容抗；
kV- 電壓繼電器
令 為中性點對地的位移電壓，則
+ + 一 一 一
系統(tǒng)正常運行時，TV的勵磁阻抗很大，網(wǎng)絡
對地阻抗仍呈容性，三相基本平衡，電網(wǎng)中性點的
位移電壓很小，但當系統(tǒng)中出現(xiàn)某些擾動，如單相
接地的發(fā)生、消失，會使TV中暫態(tài)勵磁電流急劇
增大，當TV三相電感飽和程度不同時，三相電感
值有所不同，使中性點出現(xiàn)零序電壓，零序電壓在
三相TV中產(chǎn)生零序電流，經(jīng)電源形成回路，簡化
等值電路如圖2。
圖2 等值電路
— — TV 相并聯(lián)等值零序電感；
R——個 開口三角兩端所接電阻；
c 一對地電容。
設 為TV三相并聯(lián)的零值電抗，而當I_0與
3c。回路達到固定振蕩頻率∞。時，將會在系統(tǒng)中產(chǎn)
生諧振現(xiàn)象。隨著線路的延長，依次發(fā)生高頻(2、3
次)諧振、1／2次分頻諧振。當發(fā)生分頻諧振時，由于
互感器感抗顯著下降，勵磁電流急劇增大，可達到額
定值的數(shù)十倍，造成互感器燒毀或熔斷器熔斷。
2．2鐵磁諧振的危害及特點
工頻和高頻鐵磁諧振過電壓的幅值一般較高，
可達額定值的3倍以上，起始暫態(tài)過程中的電壓幅
值可能更高，危及電氣設備的絕緣結(jié)構(gòu)。工頻諧振過
電壓可導致三相對地電壓同時升高，或引起“虛幻接
地”現(xiàn)象。分頻鐵磁諧振可導致相電壓低頻擺動，勵
磁感抗成倍下降，過電壓并不高，一般在2倍額定值
以下，但感抗下降會使勵磁回路嚴重飽和，勵磁電流
急劇加大，電流大大超過額定值，導致鐵芯劇烈振
動，使電壓互感器一次側(cè)熔絲過熱燒毀。電網(wǎng)發(fā)生鐵
磁諧振過電壓較明顯的現(xiàn)象為系統(tǒng)有接地信號，電
壓表計指針不停地擺動，電氣設備有較強烈的電暈
聲。
2．3消除鐵磁諧振的技術(shù)措施
消除鐵磁諧振應從兩個方面著手，即改變電感
電容參數(shù)和消耗諧振能量，消諧的主要措施有：
(1)選擇勵磁特性好的電壓互感器或改用電容
式電壓互感器。
若TV伏安特性非常好，則 Ⅳ 有可能在一般
的過電壓下還不會進人較深的飽和區(qū)，從而不易構(gòu)
成參數(shù)匹配而出現(xiàn)諧振，改用電容式電壓互感器
后，改變系統(tǒng)的參數(shù)，從某種意義上來說，這是治本
的措施。
萬方數(shù)據(jù)
90 水電站機電技術(shù) 第35卷
(2)在同一個6 kV配電系統(tǒng)中，應盡量減少電
壓互感器的臺數(shù)。
該措施的目的是防止TV并聯(lián)后，總體等效伏
安特性曲線較平，TV容易飽和而產(chǎn)生諧振。因此除
電源側(cè)作為絕緣監(jiān)視而必須將TV高壓側(cè)中性點
TV接地外，其它TV(尤其是用戶TV)應盡可能不接
地。
(3)在三相電壓互感器一次側(cè)中性點串接單相
電壓互感器。
(4)系統(tǒng)中性點裝設消弧線圈．由于LK比LTv
小幾個數(shù)量級，相當于將LTv短路，所以不再會發(fā)
生參數(shù)匹配諧振。該方法雖然投資大，但可消除一切
鐵磁諧振，有明顯優(yōu)點。
(5)采用自動調(diào)諧原理的接地補償裝置，通過過
補、全補和欠補的運行方式，較好地解決此類問題。
2．4丹江電廠采用的方法
結(jié)合以上消諧措施和我廠的實際情況，我們采
取了以下措施：
(1)首先將暫時沒有使用功能的電壓互感器退
出運行，以減少電壓互感器的數(shù)量，退出運行的電壓
(上接第59頁)
備自投裝置接收到保護接點信號或不正常運行
信號時，自動進入事故或異常工況切換模式下運行。
裝置根據(jù)模擬量處理得到的結(jié)果依次根據(jù)主、備合
閘判據(jù)判斷是否發(fā)出合閘命令。合閘條件滿足后，通
過開關(guān)量I／O口輸出合閘信號，合閘信號經(jīng)過中間
繼電器將信號放大后輸出到斷路器的合閘回路，斷
路器合閘成功則返回其狀態(tài)信號使合閘輸出命令復
歸并顯示在人機交互界面。如果快切方式合閘不成
功，則轉(zhuǎn)人同期捕捉切換方式，同期捕捉切換方式仍
不成功就采用低壓切換方式。
當備用電源不能滿足全部供電容量，則應在投
入備用電源前有選擇地切除部分負荷，同時應閉鎖
這些線路的重合閘。利用進線的單相電流，可以在備
自投裝置投入后，對電流進行實時檢測，當電流過大
時，經(jīng)一段時間的延時切除廠用母線上不重要的負
荷。
互感器有進線電源(廠高變低壓側(cè))7B2、8B2、9B2
開關(guān)柜電壓互感器，壩頂防汛電源母線進線電源
(627、628開關(guān)對側(cè))電壓互感器，共5臺。
(2)選擇勵磁特性好的電壓互感器，伏安特性，
電壓互感器更換前后的參數(shù)如表l：
表1 更換前后電壓互感參數(shù)對比表
參數(shù)名稱 原電壓互感器 更換后電壓互感器
型號 JDZX8—6 JDZX8—6
額定絕緣 12／42／75 kV 7．2／32／60 kV．
額定電壓比6 OOO／,／3／100／ ／100／3 6 000／ ／100／ ／100／3
an 15VA，0．2級 15VA，0．2級
da、dn 50VA，6P級 50VA，6P級
極限 150VA 150VA
生產(chǎn)廠家 大連互感器有限公司大連互感器有限公司
4結(jié)束語
在采取以上措施后，6 kV廠用電配電系統(tǒng)再未
出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，有效性待以后繼續(xù)觀察。但從目前運
行情況看，措施是成功的。
5結(jié)論
文中提出了一種動作原理簡單、可靠性高的新
型備自投方案，符合備自投的基本原理，具有很好的
可操控性。這種方案的設計原理不僅適用于電廠廠
用電系統(tǒng)，也完全可以將其靈活應用于其他需要電
源切換的系統(tǒng)中。
參考文獻
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實現(xiàn)方案卟大電機技術(shù)，2006：58—61．

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