第11讲 线性谐振-消弧、超高压

第11讲线性谐振过电压-消弧线圈补偿电网中的线性谐振屠幼萍[e-mail]消弧线圈补偿电网中的线性谐振1、补偿单相接地电流对地短路可看成两种情况的叠加：1、原来的正常三相系统2、将原来三相电源电动势短接，在短路点K与大地之间加入一个单相电势-EC的零序系统计算对地短路电流，只需计算后一零序系统即可(因前一正常三相系统K与大地之间无电流通过)LjCCCjEICjd1332211物理意义：接地的电容电流分量完全被消弧线圈的电感电流补偿，接地电弧消灭，这是完全协调的情况◎单相等值电路适当选择电感L的数值，ijd将减小到零3322111CCCL忽略损耗用补偿度k和脱谐度来描述消弧线圈的补偿程度补偿度k脱谐度2203322113/1/1CLCCCLIIkCLCLCIIIk122033221133221111CCCLCCCk1、0ILIC时，过补偿k1、0ILIC时，欠补偿k=1、=0IL=IC时，全补偿2、补偿电网中性点位移电位L值按全补偿方式选取时对熄灭电弧最有利，可是正常运行时，电网中性点却会出现比较高的电位，这是不允许的LjCCCjECECECjUCBAO1332211332211C11C22C33，当L按全补偿方式选取时，形成零序谐振回路，在等效电动势U0的作用下发生线性谐振在正常运行时，电网由于三相对地的自部分电容不对称，可在中性点上出现电位KC：导线对地电容的不对称度：补偿电网的脱谐度中性点位移度：补偿电网中性点电位U0与相电压UA（UA=EA）的比值33221133221133221133222111CCCLCCCCCCaCCaCUUAOCK架空线路的KC通常为0.5%~1.5%，个别情况可达2.5%及以上电缆的KC值约为0.2%~0.5%2、补偿电网中性点位移电位32jea为中性点不接地（无消弧线圈）电网因三相对地电容不等而引起的电网中性点位移电位，称电网不对称电压中性点位移电位为bdACOUUKUACbdUkUU0的大小主要决定于KC及：以KC=1.5%为例，无消弧线圈，Ubd=0.015EA，接消弧线圈，若=3%，则UO=0.5EA，中性点电位移电压增大33倍。若=0，电网处于谐振状态，但电网存在损耗电阻，所以UO不会趋于无穷大2、补偿电网中性点位移电位考虑损耗不接消弧线圈时中性点位移电位201dUKUACbd)(313322110000CCCCCgd，d0：导线阻尼率3%~5%2222dUdUKUbdACO接入消弧线圈时中性点位移电位003CgddddLLL，d：补偿电网的导线阻尼率dL1.2%~2%d5%过高的U0，使补偿电网正常运行时，三相对地电压极不平衡，这是不允许的。降低U0值，首先要降低KC值（母线换位），并注意值不能过小值选择应考虑到两个方面：一方面值不应小到使正常运行时中性点电位超过15%；另一方面值又不宜大到使单相接地电流大于10A3、补偿电网脱谐度选择原则在欠补偿情况下，如果电网有一条线路跳闸（电网对地自部分电容减小）时，或当线路非全相运行（电网一相或两相对地自部分电容减小）时，式中的分母可能趋于零，从而产生严重的中性点位移。因此，消弧线圈一般应采取过补偿若电网长时间低频率运行，遇上单相接地时，消弧线圈电流将增大，而电网电容电流将减小。若原为过补偿运行，脱谐度将增大；若原为欠补偿运行，脱谐度将减小，甚至会变成全补偿3、补偿电网脱谐度选择原则考虑消弧线圈的饱和效应，在1.3~1.5倍额定电压作用下，铁芯开始饱和，补偿电流迅速增大，电感值急剧下降，电网由欠补偿自动转换成过补偿状态，而不会停留在谐振状态，中性点位移电位明显降低3、补偿电网脱谐度选择原则采用低电阻、中电阻或高电阻接地方式中性点电阻的阻尼作用使单相接地时电容充电的暂态电流受到抑制，基本消除了间歇性电弧过电压的可能性，同时，接地特征明显，能满足继电保护装置灵明度的要求。4、中性点电阻接地方式经高阻接地电网，单相接地电流增加不多，继电保护选择性差低阻接地电网，故障电流增加到数百安，会引起地电位升高、通信干扰等接地断路器均立即跳开线路，降低供电可靠性6kV~35kV主要由电缆线路构成的送、配电系统，单相接地电容电流较大时，可采用低电阻接地方式，但应考虑供电的可高兴要求、故障时瞬态电压、瞬态电流对电气设备的影响、对通讯的影响和机电保护技术要求6kV~10kV配电系统以及发电厂厂用电系统，单相接地故障电容电流较小时点，为防止谐振、间接歇性电弧接地过电压等对设备的损害，可采用高电阻接地方式电力行业标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》3kV~20kV具有发电机直接送电的系统，发电机内部发生单相接地故障要求瞬时切机时，宜采用高电阻接地方式确定电网的中性点接地方式，必须综合考虑电网和线路的结构、供电的安全性和可靠性、过电压保护和绝缘配合、继电保护的构成和跳闸方式、设备和人身安全、对通讯和电子设备的电磁干扰等等因数电力行业标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》第11讲线性谐振过电压超高压电网中的线性谐振过电压超高压电网中的线性谐振工频线性谐振过电压产生工频谐振条件及措施高频谐振过电压分频谐振过电压1、工频线性谐振过电压B、C两相电压通过相间电容的耦合作用，在断开相A相产生工频电容传递过电压由于电抗器的存在，当参数（CBA、CCA，LA）配合不当时，构成串联谐振回路，在断开相A相出现较高的工频谐振过电压并联电抗器非全相操作对称分量法简化等值电路法复合网序图简化分析，忽略电源内阻抗；Z1、Z2、Z0分别为线路首端的正、负及零序阻抗，且有Z1=Z2输电线路按集中参数考虑，并忽略线路电阻及电感，可视为等值正序电容C1及零序电容C01Z2Z0Z2、产生工频谐振条件A相断开的边界条件0AI0CBUU复合网序图断开相电压010101011112ZZZZEZZZZZZEUAAA010022ZZZEUUAAA021AAAAUUUU01012ZZZZEA0Z2Z1Z2、产生工频谐振条件复合网序图断开相电压021AAAAUUUU01012ZZZZEA当Z1与Z0的电抗部分反号，且有X1+2X0=00Z2Z1Z2.产生工频谐振条件忽略线路电阻及电感，忽略电源内阻抗导线的补偿度，且令001100111010112211112CLCLCLCLAAAXXXXXXXXEXXXXEU11LCKXXT01LLXXGKKAATGCCTGCCEU)2(2)1(11010谐振条件：2210GCCTK01012ZZZZEUAA330kV刘天线的，，KKAATGCCTGCCEU)2(2)1(110100KT3210CCAAEU125.0如装有三柱式三相电抗器，该线路长275.5km，，三柱式三相电抗器的，llC011.01开断线上的过电压达到：14001LX7000LX2G743.0111lCXTLKAAEU52.3刘天线的谐振条件：667.0KT0KT101021CCCCEUAA此时，330kV刘天线的谐振条件如装三个单相电抗器组，有，KKAATGCCTGCCEU)2(2)1(11010谐振条件：2210GCCTK01LLXX1G889.012322KT通常采取欠补偿方式，故谐振是有可能的线路电容，并联电抗器按欠补偿运行线路等值正序电容C1、零序电容C0（），并联电抗器有两种情况1121111111/1/CLLjCjLjCjLjZ01210020011CLLjCLLjZ01CC2.产生工频谐振条件L1=L0，三个单相Y连接、中性点直接接地的并联电抗器，忽略损耗001111111CLCLCL，谐振条件2.产生工频谐振条件在一定参数下满足001111CLCL12012121221CCLCLEUAA120121CCL工频谐振过电压在工频下，Z1与Z0存在反号的可能，产生或接近谐振12013CCC112111CLLjZ012101CLLjZ谐振条件2.产生工频谐振条件120121CCL对于超高压线路，如330kV线路：1205.6CC1212015.93CCCC谐振条件为：119.01CL并联电抗器补偿线路90%的正序电容，则单相开断时电路满足线性谐振条件L1L0，三相电抗器，C1C0，Z1与Z0反号的条件更易满足谐振条件101202123LLCC谐振过电压AAECCLLLLCLLLLU12001201120120123232.产生工频谐振条件112111CLLjZ012101CLLjZ若L0L1，并且，正序、零序网络均为欠补偿，Z1、Z0均为容性，电路不会发生谐振，传递过电压不会超过EA，并联电抗器中性点经小电抗接地属于这种情况00/1CL2.产生工频谐振条件NLXXX300小电抗XN：产生一个等值的相间感抗，补偿导线相间容抗，不仅避免工频谐振，也使断开相上的传递过电压降低计算案例线路(电容F)电抗器(电抗)复合网序(阻抗)正序3.061400-j4056零序2.03750j1437330kV线路长度275.5km计算开断相电压为4.65EA，线路谐振长度为297km，比较接近实际长度，这种参数配合应当避免将并联电抗器中性点经400小电抗接地后，电抗器零序电抗j1950，复合网序零序阻抗–j8030，也是容性的，开断相电压只有0.198EA3.高频铁磁谐振过电压L1、L2远小于Lm，回路线性部分的谐振角频率为0CLL210/1通过非线性元件Lm的励磁电流中包含有奇次高频谐波分量0等于或接近某高次谐波的角频率n，则可能发生n次高频谐振，电网上出现较高的高次（奇次）谐波过电压L1、L2为包括发电机变压器漏感及线路电感在内的线性电感3.高频铁磁谐振过电压n次(奇次)谐波等值电路等值变换电压源后的电路相对应的n次谐波的等值接线如图电流源表示由于变压器非线性激磁特性产生的奇次高频分量电流11LjnRIEmnmn奇次谐波分析相对应的n次谐波的等值接线如图据前面分析，由于空载长线路的电容效应，线路末端电压高于线路首端，工频谐振长度为1500km，n次谐波的谐振长度则为1500/nkm。若考虑发电机和变压器的电感，谐振长度还要缩短，在超高压系统中，这种条件很容易满足断路器被切除后，形成L-C串联谐振回路，在L未饱和时，回路自振角频率：，L0为电抗器未饱和电感4.分频谐振过电压有串联补偿的电网中常常发生分频铁磁谐振500km以下超高压输电线路，在一般补偿度情况下可能满足产生1／3次分频谐振的条件：3/1/0CL00/1串联和并补的一种接线恢复电压使电抗器出现较大的涌流，虽然并联电抗器的铁心中有气隙，但试验及理论分析表明，对产生1/3分频谐振其非线性程度已经足够CKTTClLlCLCLlCL11101100lLCXXTLCC11/10101/1LCXXTLCK111CLvvl，以400km线路为例，取v为光速，得42.01034003145，令8.0KT，4.0CT，代入计算公式，得324.00