一起电力系统谐振事故分析(1)

摘要：分析了电力系统谐振现象及其特点，以及谐振对于系统的危害。通过对一个典型谐振案例的电气参数变化规律剖析，从铁磁谐振角度出发分析事故原因并提出了预防谐振的措施和解决谐振问题的合理化建议。所提出的方法可以有效地减少电力系统谐振事故的发生几率，有利于提高电力系统安全稳定运行水平。

0 引言

电力系统中过电压现象较为普遍。引起电网过电压的原因主要有谐振过电压、操作过电压、雷电过电压以及系统运行方式突变，负荷剧烈波动引起系统过电压等。其中，谐振过电压出现频繁，其危害很大。过电压一旦发生，往往造成系统电气设备的损坏和大面积停电事故发生。据多年来电力生产运行的记载和事故分析表明，中低压电网中过电压事故大多数是由于谐振现象引起的。日常工作中发现，在刮风、阴雨等特殊天气时，变电站35 kV 及以下系统发生间歇性接地的频率较高，当接地使得系统参数满足谐振条件时便会发生谐振，同时产生谐振过电压。谐振会给电力系统造成破坏性的后果：谐振使电网中的元件产生大量附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率，影响各种电气设备的正常工作;导致继电保护和自动装置误动作，并会使电气测量仪表计量不准确;会对邻近的通信系统产生干扰，产生噪声，降低通信质量，甚至使通信系统无法正常工作。

1 谐振及铁磁谐振

谐振是一种稳态现象，因此，电力系统中的谐振过电压不仅会在操作或事故时的过渡过程中产生，而且还可能在过渡过程结束后较长时间内稳定存在，直到发生新的操作谐振条件受到破坏为止。所以谐振过电压的持续时间要比操作过电压长得多，这种过电压一旦发生，往往会造成严重后果。运行经验表明，谐振过电压可在各种电压等级的网络中产生，尤其在35 kV 及以下的电网中，由谐振造成的事故较多，已成为系统内普遍关注的问题。因此，必须在设计时事先进行必要的计算和安排，或者采取一定附加措施(如装设阻尼电阻等)，避免形成不利的谐振回路，在日常工作中合理操作防止谐振的产生，降低谐振过电压幅值和及时消除谐振。

在 6~35 kV 系统操作或故障情况下，系统振荡回路中往往由于变压器、电压互感器、消弧线圈等铁芯电感的磁路饱和作用而激发起持续性的较高幅值的铁磁谐振过电压。铁磁谐振可以是基波谐振、高次谐波谐振、分次谐波谐振，其共同特征是系统电压升高，引起绝缘闪络或避雷器爆炸;或产生高值零序电压分量，出现虚幻接地现象和不正确的接地指示;或者在PT 中出现过电流，引起熔断器熔断或互感器烧坏;母线PT 的开口三角绕组出现较高电压，使母线绝缘监视信号动作。各次谐波谐振不同特点主要在于：

①分次谐波谐振三相电压依次轮流升高，超过线电压，一般不超过2 倍相电压，三相电压表指针在相同范围出现低频摆动。

②基波谐振时，两相电压升高，超过线电压，但一般不超过3 倍相电压，一相电压降低但不等于零。

③高次谐波谐振时，三相电压同时升高或其中一相明显升高，超过线电压，但不超过3~3.5 倍相电压。

2 实例分析

2.1 事故前系统运行方式

事故前，某110 kV 变电站有110 kV 单母分段、35 kV 单母分段、10 kV 单母分段运行， 10 kV I 母接511 所变、513 负荷I 线、514 负荷II 线、518 电容器、519 电容器运行;10 kV 母线 II 段接521 电容器、522 电容器，电压及负荷均正常;10 kV 母线II 段PT 运行。

2.2 事故经过

2008 年6 月21 日23 时12 分，监控语音报警此变电站“10 kV 母线I 段接地”、“10 kV 母线II段接地”信号，监控屏显示10 kV 母线II 段电压值为：

Ua=6.21 kV; Ub=7.03 kV;

Uc=7.80 kV; 3Uo=64.11 V。

23 时14 分，511 所变发出“开关分闸”、“511开关电流II 段”动作、复归、“511 站用保护测控装置告警”、“511 开关过负荷告警”、“逆变电源交流失电”复归信号。511 所变开关变为“分”位;同时513 负荷I 线、514 负荷II 线、518 电容器、519电容器发出“线路保护测控装置告警”、“PT 断线”信号;521 电容器、522 电容器发出“保护装置告警”、“电容器PT 断线”等信号。随后，后台显示10 kV母线II 段电压值持续升高，23 时15 分升高为：

Ua=8.94 kV; Ub=9.91 kV;

Uc=12.00 kV; 3Uo=119.97 V。

调度值班员于23 时18 分下令遥控断开514 负荷II 线开关，电压恢复正常。

22 日01 时50 分，巡线人员汇报：514 负荷II线机砖厂支线奶牛厂变压器引线熔断后搭在变压器外壳上，操作人员已将分支拉开……。故障排除后合上514 负荷II 线开关，送电正常，后未见异常情况。

2.3 事故原因分析

实例中所涉及变电站的514 负荷II 线机砖厂支线奶牛厂变压器引线熔断后搭在变压器外壳上后，三相系统对称性被破坏，出现零序电流、中性点偏移和对地电位U0，即开口三角有了零序电压，零序电压叠加在二次侧三相电压上，就出现了二次侧三相电压不平衡现象。

事故起因：514 负荷II 线机砖厂支线奶牛厂变压器引线熔断后搭在变压器外壳上，然后10 kV 母线接地，系统参数发生变化满足谐振条件，谐振发生之后10 kV 母线II 段三相电压及零序电压迅速升高(如图1 所示)，由电压波形及数值可知是发生高次谐波谐振(铁磁谐振)。正是谐振导致继电保护和自动装置误动作发出一系列错误信号。此状况下，需要仔细判断真假信号，以便很好地进行事故处理。实例中的事故发生后，当班调度员作出了谐振的准确判断，并根据工作经验进行接地选线，迅速查找出故障线路，并将其切除。