一、內(nèi)過電壓和工頻過電壓概述

1.內(nèi)過電壓

在電力系統(tǒng)內(nèi)部，由于斷路器的操作或發(fā)生故障，使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，引起電網(wǎng)電磁能量的轉(zhuǎn)化或傳遞，在系統(tǒng)中出現(xiàn)過電壓，這種過電壓稱為內(nèi)部過電壓，簡稱內(nèi)過電壓。

2.內(nèi)過電壓的分類

系統(tǒng)參數(shù)變化的原因是多種多樣的，因此，內(nèi)部過電壓的幅值、振蕩頻率以及持續(xù)時間不盡相同，通?？砂串a(chǎn)生的原因?qū)?nèi)部過電壓分為操作過電壓及暫時過電壓。操作過電壓即電磁暫態(tài)過程中的過電壓；而暫時過電壓包括工頻電壓升高及諾振過電壓。若以其持續(xù)時間的長短來區(qū)分，一般持續(xù)時間在0.1s(5個工頻周波)以內(nèi)的過電壓稱為操作過電壓；持續(xù)時間長的過電壓則稱為暫時過電壓。

有時也把頻率為工頻或接近工頻的過電壓，稱為工頻電壓升高，或工頻過電壓。對因系統(tǒng)的電感、電容參數(shù)配合不當(dāng)，出現(xiàn)的各類持續(xù)時間長、波形周期性重復(fù)的諧振現(xiàn)象及其電壓升高，稱為諧振過電壓。

3.過電壓倍數(shù)

與雷電過電壓不同，內(nèi)部過電壓能量來自于系統(tǒng)內(nèi)部，因此過電壓的高低與系統(tǒng)運(yùn)行電壓、運(yùn)行方式和輸送容量等因素有關(guān)，通常采用過電壓倍數(shù)表示。

工頻過電壓基準(zhǔn)值定義為：最高運(yùn)行的相電壓有效值(1.0p.u.=U_m/)；

操作過電壓基準(zhǔn)值定義為：最高運(yùn)行的相電壓峰值(1.0p.u.= U_m/)。

4.工頻過電壓對電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響

一般而言，工頻過電壓對220kV 電壓等級以下、線路不太長的系統(tǒng)的正常絕緣的電氣設(shè)備是沒有危險的，但對超高壓、遠(yuǎn)距離傳輸系統(tǒng)絕緣水平的確定卻起著決定性的作用。工頻過電壓對電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響主要體現(xiàn)在如下三個方面：

(1)工頻電壓升高的大小將直接影響操作過電壓的幅值。

(2)工頻電壓升高的大小影響保護(hù)電器的工作條件和保護(hù)效果，例如，避雷器最大允許工作電壓是由工頻電壓升高決定的，如要求避雷器最大允許工作電壓較高，則其沖擊放電電壓和殘壓也將提高，相應(yīng)地，被保護(hù)設(shè)備的絕緣強(qiáng)度亦應(yīng)隨之提高。再如，斷路器并聯(lián)電阻因工頻電壓升高而使斷路器操作時流過并聯(lián)電阻的電流增大，并聯(lián)電阻要求的熱容量亦隨之增大，造成并聯(lián)電阻的制作困難。

(3)工頻電壓升高持續(xù)時間長，對設(shè)備絕緣及其運(yùn)行性能有重大影響，例如，油紙絕緣內(nèi)部游離、污穢絕緣子閃絡(luò)、鐵心過熱、電暈及其干擾加劇等。

二、幾種常見的工頻過電壓

1.空載線路電容效應(yīng)引起的工頻過電壓

在集中參數(shù)L、C串聯(lián)電路中，如果容抗大于感抗，即1/ωC＞ωL，電路中將流過容性電流。電容上的電壓等于電源電勢加上電容電流流過電感造成的電壓升，這種電容上電壓高于電源電勢的現(xiàn)象，稱為電容效應(yīng)。

一條空載長線可以看作由無數(shù)個串聯(lián)的L、C回路構(gòu)成，在工頻電壓作用下，線路的總?cè)菘挂话氵h(yuǎn)大于導(dǎo)線的感抗，因此線路各點(diǎn)的電壓均高于線路首端電壓，而且愈往線路末端電壓愈高。

2.不對稱短路引起的工頻過電壓

當(dāng)在空載線路上出現(xiàn)單相或兩相接地短路故障時，健全相上工頻過電壓不僅由長線的電容效應(yīng)所致，還有由短路電流的零序分量引起的電壓升高。由于一般兩相接地的概率很小，而單相接地故障更為常見，幅值相對較高。因此系統(tǒng)通常以單相接地短路引起的工頻過電壓值作為確定避雷器額定電壓、滅弧電壓的依據(jù)，這里只討論單相接地的情況。

對中性點(diǎn)絕緣的3～10kV 系統(tǒng)，單相接地時，健全相的工頻過電壓可達(dá)最高運(yùn)行線電壓U_m的1.1倍。因此，在選擇避雷器額定電壓或滅弧電壓時，應(yīng)取≥110%U_m，稱為110% 避雷器。

對中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的35～60kV系統(tǒng)，單相接地時健全相上工頻過電壓接近U_m。因此，在選擇避雷器額定電壓或滅弧電壓時，應(yīng)取≥100%U_m，稱為100%避雷器。

對中性點(diǎn)直接接地的110~220kV系統(tǒng)，健全相上電壓升高≤0.8U_m，稱為80%避雷器。

3.甩負(fù)荷引起的工頻過電壓

當(dāng)系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行時，輸電線路傳送功率最大，此時由于某種原因，斷路器跳閘，電源突然甩負(fù)荷后，將在原動機(jī)與發(fā)電機(jī)內(nèi)引起一系列機(jī)電暫態(tài)過程，它是造成線路工頻過電壓的又一原因。首先，甩負(fù)荷前的電感電流對發(fā)電機(jī)主磁通的去磁效應(yīng)突然消失，而空載線路的電容電流對發(fā)電機(jī)主磁通起助磁作用，使暫態(tài)電勢E′_d上升。因此，加劇了工頻電壓的升高。其次，發(fā)電機(jī)突然甩掉一部分有功負(fù)荷，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，電源頻率上升，加劇了線路的電容效應(yīng)。

一、諧振過電壓的分類

電力系統(tǒng)中存在著大量的“儲能元件"，這就是儲靜電能量的電容和儲磁能的電感。例如線路的電容，補(bǔ)償用的串聯(lián)與并聯(lián)電容器組和變壓器的電感等。正常運(yùn)行時，這些振蕩回路被負(fù)載所阻尼或分路，不可能產(chǎn)生嚴(yán)重的諧振。但在發(fā)生故障時，系統(tǒng)接線方式發(fā)生改變，負(fù)載也甩掉了，在一定的電源作用下，就有可能發(fā)生諾振。諾振常常引起嚴(yán)重的、持續(xù)時間很長的過電壓；有時，即使過電壓不太高，也會出現(xiàn)一些異?，F(xiàn)象，使系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。

依據(jù)諧振誘發(fā)的原因不同，產(chǎn)生的諧振過電壓的特點(diǎn)是不同的。通常分為線性諧振過電壓、鐵磁諧振過電壓和參數(shù)諧振過電壓。

二、線性諧振過電壓

線性諾振是由線性電感和線性電容構(gòu)成的，當(dāng)L一C自振頻率ω₀接近或等于電源頻率ω時，會出現(xiàn)高幅值的諧振。這種諧振具有諧振頻帶窄、諧振條件苛刻、過電壓幅值高、持續(xù)時間長等特點(diǎn)。實際電力系統(tǒng)中，要求在設(shè)計或運(yùn)行時嚴(yán)格避開這種諧振，因此滿足線性諧振的機(jī)會是極少的。但要注意，這種過電壓的危害是很大的。

線性譜振條件是等值回路中的自振頻率等于或接近于電源頻率，此時ω₀L≈1/ω₀C，回路中阻抗接近為零，過電壓幅值只受到回路中損耗(電阻)的限制。有些情況下，由于諧振時電流的急劇增加，回路中的鐵磁元件趨向飽和，使系統(tǒng)自動偏離諧振狀態(tài)而限制其過電壓幅值。

三、傳遞過電壓

當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生不對稱接地故障或斷路器不同期操作時，可能出現(xiàn)明顯的零序工頻電壓分量，通過靜電和電磁耦合在相鄰輸電線路之間或變壓器繞組之間會產(chǎn)生工頻電壓傳遞現(xiàn)象，被稱為傳遞過電壓；若與接在電源中性點(diǎn)的消弧線圈或電壓互感器等鐵磁元件組成諧振回路，還可能產(chǎn)生線性諧振或鐵磁諧振傳遞過電壓。

一、非線性諧振過電壓

電力系統(tǒng)運(yùn)行時，由于系統(tǒng)斷線、接地故障等原因，使電力系統(tǒng)中帶有鐵心的電感元件如電磁式電壓互感器、電抗器、變壓器等，因飽和引起電感電流或磁通的非線性變化，此時等值電感不再是常數(shù)，與電路中的線性電容C構(gòu)成的自振頻率是可變的，在滿足一定條件時，會發(fā)生分頻、基頻或倍頻的寬范圍的鐵磁諧振。所以，系統(tǒng)中發(fā)生鐵磁諧振的機(jī)會是相當(dāng)多的。國內(nèi)外運(yùn)行經(jīng)驗表明：鐵磁諧振是引發(fā)電力系統(tǒng)某些嚴(yán)重事故的直接原因。它具有諧振頻帶寬、振蕩幅值高、伴隨大電流和自保持等一系列特點(diǎn)，很難從設(shè)計和運(yùn)行中避開此類諧振。

二、幾種常見的非線性諧振過電壓

為了討論分析鐵磁諧振過電壓，首先來研究簡單的L一C串聯(lián)諧振電路，如圖TYBZ01409003-1(a)所示，其中電感為非線性，特性如圖TYBZ01409003-1(b)中的U_L，以基波諧振為例，略去損耗。在發(fā)生基波諧振時，電路中的電壓、電流除含有基頻分量外，還含有高次諧波分量，但在基頻諧振下高次諧波分量不起導(dǎo)作用，在分析中可以忽略。

電勢E和ΔU曲線相交點(diǎn)，就是滿足上述平衡方程的點(diǎn)。由圖TYBZ01409003-1(b)可以看出，存在a1、a2、a3三個平衡點(diǎn)，但這三個平衡點(diǎn)并不都是穩(wěn)定的。利用小擾動法研究各平衡點(diǎn)的穩(wěn)定性。在回路平衡點(diǎn)處給一微小擾動，判斷能否使回路脫離該點(diǎn)，重新回到原平衡點(diǎn)。例如a1點(diǎn)，若回路中電流I稍有增加I+ΔI，此時ΔU>E,即電壓降大于電勢，電源提供功率不足，從而使回路電流減小，重新回到平衡點(diǎn)a1。反之，若回路中電流I稍有減小I-ΔI，則ΔU<E，電壓降小于電勢，電源提供功率過剩，使回路電流I增大，驅(qū)使工作點(diǎn)回到a1點(diǎn)。顯然a1點(diǎn)是穩(wěn)定平衡點(diǎn)。用同樣的方法分析a2、a3點(diǎn)，可知a3點(diǎn)是穩(wěn)定平衡點(diǎn)，而a2是不穩(wěn)定平衡點(diǎn)，但a1、a3兩工作點(diǎn)的性質(zhì)不同，回路處在a1工作點(diǎn)時，回路電流I呈感性且值不大，U_L＞U_C幅值也不高，屬正常工作狀態(tài)，稱a1為非諧振工作點(diǎn)：當(dāng)回路工作在a3點(diǎn)時，回路電流I呈容性且值很大，U_L <Uc幅值也很高，具有諧振特點(diǎn)，成為諧振工作點(diǎn)。

從圖TYBZ01409003-1(b)中可以看到：當(dāng)電勢E較小時，回路存在兩個可能的穩(wěn)定工作點(diǎn)a1、a3，而當(dāng)E超過一定值以后，可能只存在一個工作點(diǎn)a3。當(dāng)存在兩個穩(wěn)定工作點(diǎn)時，若電源電勢逐漸上升時，回路處在非諧振工作點(diǎn)a1。若使回路由穩(wěn)定工作點(diǎn)a1躍變到穩(wěn)定諧振點(diǎn)a3，回路必須經(jīng)過強(qiáng)烈的擾動過程，使回路電流迅速增加，例如回路突然發(fā)生故障，斷路器跳閘或切除故障等。

這種需要經(jīng)過誘發(fā)過渡過程建立諧振現(xiàn)象的“大擾動"稱之為鐵磁諧振的“激發(fā)"。而且一旦“激發(fā)"起來以后，諧振狀態(tài)就可以借助于a3點(diǎn)的工作穩(wěn)定性得以“保持"，維持很長一段時間，不會衰減。

根據(jù)以上分析，基波鐵磁諧振具有下列特點(diǎn)。

(1)產(chǎn)生串聯(lián)鐵磁諸振的必要條件是：諧振回路中電感和電容的伏安特性必須相交，正常運(yùn)行時滿足

由于鐵磁元件電感的非線性變化，鐵磁諧振的諧振范圍很大，很難通過設(shè)計、運(yùn)行的手段避開。

(2)對鐵磁諧振電路，在同一電源電勢作用下，回路可能有不止一種穩(wěn)定工作狀態(tài)。在外界激發(fā)下，回路可能從非諧振工作狀態(tài)躍變到諧振工作狀態(tài)，電路從感性變?yōu)槿菪?，發(fā)生相位反傾，同時產(chǎn)生過電壓與過電流。

(3)鐵磁元件的非線性是產(chǎn)生鐵磁諧振的根本原因，但其飽和特性本身又限制了過電壓的幅值，此外，回路中損耗也能使過電壓降低，當(dāng)回路電阻值大到一定數(shù)值時，就不會出現(xiàn)強(qiáng)烈的諧振現(xiàn)象。

上面僅討論了基波鐵磁譜振，事實上，在含有帶鐵心電感的振蕩回路中，由于電感值不是常數(shù)，回路沒有固定的自振頻率。即使是簡單的串聯(lián)回路，只要參數(shù)配合恰當(dāng)，諧振頻率也可以是電源頻率的整數(shù)倍(高次諧振波)或分?jǐn)?shù)倍(分次諧振)。

電力系統(tǒng)中的鐵磁諧振過電壓常發(fā)生在非全相運(yùn)行狀態(tài)中，其中電感可以是空載變壓器或輕載變壓器的激磁電感、消弧線圈的電感、電磁式電壓互感器的電感等。電容為導(dǎo)線的對地電容、相間電容以及電感線圈對地的雜散電容等。由于涉及三相系統(tǒng)的不對稱開斷、斷線、非線性元件特性，給分析鐵磁請振過電壓帶來一定的困難。

鐵磁諧振一旦發(fā)生危害極大，具體包括：

(1)可能出現(xiàn)幅值較高的過電壓，破壞電氣設(shè)備的絕緣。

(2)在非線性電感線圈中產(chǎn)生很大的過電流，引起線圈的危險溫升，燒毀設(shè)備。

(3)可能影響過電壓保護(hù)裝置的工作條件。

(4)譜振會產(chǎn)生分頻、高次等譜波分量，對系統(tǒng)造成諧波污染。

一、參數(shù)諧振過電壓的概念

系統(tǒng)中某些電感元件的電感參數(shù)在某種情況下會發(fā)生周期性的變化，例如，發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)動時，電感的大小隨著轉(zhuǎn)子位置的不同而周期性地變化。當(dāng)電機(jī)帶有電容性負(fù)載，如一段空載線路，在某種參數(shù)搭配下，就有可能產(chǎn)生參數(shù)諧振現(xiàn)象。有時將這種現(xiàn)象稱作發(fā)電機(jī)的自勵磁或自激。

下面分析產(chǎn)生參數(shù)諧振的基本過程。

在正常運(yùn)行時，水輪發(fā)電機(jī)(凸極機(jī))的同步電抗在X_d=ωL_d和X_q=ωL_q之間周期性的變化(X_d=X_q)，且在每一個電周期T內(nèi)電感值在L_d和L_q之間變化兩個周期。當(dāng)電機(jī)處于異步運(yùn)行時，無論是水輪發(fā)電機(jī)還是汽輪發(fā)電機(jī)(隱極機(jī))，且電抗將在一周期內(nèi)在暫態(tài)電抗_d和X_q之間變化兩個周期(X_q＞_d)。

為了定性分析參數(shù)諧振的發(fā)展過程，對電感參數(shù)的變化規(guī)律做一些理想化的假定：

(1) 電感參數(shù)的變化是突變的，如圖TYBZ01409004-1所示，且有L₁=kL₂，其中k＞1因此當(dāng)電感為L₁和L₂時，回路的自振周期分別為

(2)電感變化的時間間隔τ₁、τ₂恰好分別為其自振周期的四分之一，即

(3)略去回路損耗。

下面以圖TYBZ01409004-1為例，按自激發(fā)展過程分階段說明。

1.t＜t₁

設(shè)在t＜t₁時電機(jī)繞組中流過電流為i₁, 該電流可以是在無勵磁的情況下由剩磁產(chǎn)生的。

在t=t₁時，電感參數(shù)由L₁突變到L₂。 由于和電感相交鏈的磁鏈ψ不能突變，

繞組中的電流將從i₁突變到i_2，即

此時電感中的儲能從W₁突變到W₂

可見，電感從L₁突變到L₂時，線圈中的電流和磁能都增加為原來的k倍。能量的增加系來自使參數(shù)發(fā)生變化的機(jī)械能。

2. t₁＜ t≤t₂，t₂= t₁+τ₂

當(dāng)t＞t₁以后，由于外界無電源，也沒有機(jī)械能輸入(電感等于常數(shù)L₂沒有改變)，回路中出現(xiàn)以周期為T₂的自由振蕩，電流按余弦規(guī)律變化，經(jīng)過τ₂= T₂/4時間以后從i₂降為零。這時電感中的全部磁能kW₁轉(zhuǎn)化成電容C的電能Cu²/2，在電容上出現(xiàn)了電壓。

在t= t₂= t₁+τ₂時，繞組的電感又從L₂突變到L₁，但此時因電感中沒有磁能，所以電感的變化不會引起磁能和電流的變化。

3.t₂＜t≤t₃，t₃= t₂+τ₁

t＞t₂，回路中又出現(xiàn)了周期為T₁的自由振蕩，經(jīng)過τ₁=T₁/4時間電流達(dá)到幅值i₃，這段時間內(nèi)沒有能量從外界輸入，僅是電容C上的電能kW₁全部轉(zhuǎn)變?yōu)榇拍?/span>，所以有

在t=t₃時，電感參教再一次由L₁突變?yōu)?/span>L₂，根據(jù)磁鏈不變原理，電流又將發(fā)生突變

對應(yīng)的磁場能量為

由于回路中有損耗，只有參數(shù)變化時所引入的能足以補(bǔ)償回路中的損耗，才能保證諧振的發(fā)展。因此，對應(yīng)于一定的回路電陽，有一定的自激范圍。諧振發(fā)生后，理論上振幅趨向無窮大，而不像線性諧振那樣受到回路電阻的限制。但實際上電感的飽和會使回路自動偏離諧振條件，使過電壓得以限制。發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)運(yùn)行前，設(shè)計部門要進(jìn)行自激的校核，因此，一般正常情況下，參數(shù)諧振是不會發(fā)生的。

二、參數(shù)諧振的特性

(1)參數(shù)諧振所需的能量是由改變電感參數(shù)的原動機(jī)供給的，不需要單獨(dú)電源。但是起始時，回路需要某些起始的激發(fā)，如電機(jī)轉(zhuǎn)了剩磁切割繞組而產(chǎn)生不大的感應(yīng)電動勢或電容中的殘余電壓，參數(shù)配合不當(dāng)就可以使諧振得到發(fā)展。

(2)每次參數(shù)變化所引入的量應(yīng)該足夠大，即要求電感量的變化幅值(L₁～L₂)足夠大，不僅可補(bǔ)償諧振回路中電阻的損耗，而且使儲能愈積愈大，保證諧振的發(fā)展。因此對應(yīng)一定的回路電阻有一定的自勵磁范圍。

(3)諧振發(fā)生以后，回路中的電流、電壓值在理論上可趨于無窮大。當(dāng)然，在實際中隨著電流的增大，電感線圈達(dá)到磁飽和，電感迅速減小，回路自動偏離譜振條件，限制了諧振的發(fā)展，使自勵磁過電壓不能繼續(xù)增大。

(4)當(dāng)參數(shù)變化頻率與振蕩頻率之比等于2時，諧振最易產(chǎn)生。

三、消除參數(shù)諧振過電壓的方法

為了消除參數(shù)諧振過電壓，可以采取的措施有：

(1)采用快速自動調(diào)節(jié)勵磁裝置，通?？上阶詣畲?。

(2)在超高壓系統(tǒng)中常采用并聯(lián)電抗組X_L補(bǔ)償，補(bǔ)償線路容抗X_C，使之大于X_d和X_q，使回路參數(shù)處于自勵磁范圍之外。

(3)臨時在電機(jī)繞組中串入大電阻，以增大回路的阻尼電阻，使之大于可抑制參數(shù)諧振過電壓的電阻值。

(4)在操作方式上盡可能使回路參數(shù)處于自勵磁范圍之外，如送空載線路，應(yīng)在大容量系統(tǒng)側(cè)進(jìn)行，而不在孤立的電機(jī)側(cè)進(jìn)行，或增加投入發(fā)電機(jī)數(shù)量，使電源的X_d和X_q小于X_C。

一、操作過電壓實例

1.事故原因

某鋼廠的35kV電爐變壓器由于切空載變壓器導(dǎo)致?lián)p壞，造成這次事故的原因是：控制電爐變壓器操作的是一臺真空斷路器，由于真空斷路器斷弧能力強(qiáng)、時間短，其在操作時將電爐變壓器的勵磁電流突然截斷，使回路電流變化率di/dt與在變壓器繞組上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓Ldi/dt均很大，從而形成了過電壓。

2.預(yù)防措施

(1)在斷路器與變壓器之間采用電纜連接，增加高壓側(cè)的對地電容電流來降低過電壓。

(2)采用SF₆斷路器取代真空斷路器，以減小di/dt，從而降低操作過電壓； 使用油斷路器或空氣斷路器產(chǎn)生的操作過電壓也較低。

(3)低壓側(cè)安裝R、C保護(hù)裝置。

二、工頻過電壓實例

1. 事故現(xiàn)象

圖TYBZ01409005-1所示為某系統(tǒng)解列前后接線圖和穩(wěn)態(tài)電壓分布圖。

由圖TYBZ01409005-1可見，其為兩端供電電源系統(tǒng)。由于系統(tǒng)失步，系統(tǒng)被迫解列，在拉開220kV的斷路器QF時，220kV的電壓表指針突然打向滿刻度，幾秒鐘后現(xiàn)象自動消失。

2.原因分析

由于系統(tǒng)存在失步現(xiàn)象，在解列前瞬間斷路器QF處于合閘狀態(tài)，因兩系統(tǒng)的電動勢接近反相，δ≈180°，此時沿線穩(wěn)態(tài)工頻電壓分布如圖TYBZ01409005-1中曲線1所示。因δ≈180°，兩電源的電動勢接近反相，功率角使兩端電壓極性相反，解列點(diǎn)R處的電壓為-U_Rm。當(dāng)QF開斷時，系統(tǒng)解列，由于另一側(cè)電源仍帶空載線路，沿線電壓分布呈余弦規(guī)律，線末電壓U′_Rm最高，并與解列前的電壓反極性，全線電壓分布見曲線2。

因此，解列點(diǎn)的220kV表計出現(xiàn)突然打向滿刻度，并出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，正是因解列點(diǎn)的電壓由-U_Rm過渡至U_Rm，其振蕩過程產(chǎn)生接近3倍的過電壓，而斷路器觸頭間的恢復(fù)電壓可達(dá)4倍。

造成過電壓的主要因素是電網(wǎng)兩端電動熱功角差δ，其次是架空線的電容效應(yīng)

3.反事故措施

(1)當(dāng)系統(tǒng)失步運(yùn)行時，采用自動裝置控制斷路器在兩端電動勢擺動，于定值范圍內(nèi)開斷，從根源上限制解列過電壓。

(2)采用金屬氧化鋅避雷器，來限制解列過電壓。

三、諧振過電壓實例

某220kV變電站一次系統(tǒng)接線圖如圖TYBZ01409005-2(a)所示。

1.事故現(xiàn)象

正常運(yùn)行時2463無進(jìn)線斷路器，由旁路斷路器2030代進(jìn)線開關(guān)運(yùn)行，即供電方式由進(jìn)線電源——進(jìn)線旁路隔離開關(guān)2463—— 旁母——旁路2030斷路器——Ⅱ段母線——2201斷路器——1號主變壓器，在一次220kV母線進(jìn)行停電倒閘操作前，該站的110KV負(fù)荷已轉(zhuǎn)由148斷路器供電，10KV 負(fù)荷由主變壓器低壓制 501斷路器供電，切除1號主變壓器高壓側(cè)2201斷路器后，10KV負(fù)額轉(zhuǎn)由110KV148斷路器供主變壓器后再轉(zhuǎn)供10kV負(fù)荷。在切旁路斷路器2030時，1號主變壓器的220kV側(cè)零序過電壓保護(hù)動作。

2.事故分析

此事故是由于2030斷路器的斷口電容與220kV的電壓互感器發(fā)生串聯(lián)諧振過電壓，并在電壓五感器的開口三角繞組上產(chǎn)生零序過電壓。

圖TYBZ01409005-2(b)為該220kV變電站在切除2030旁路斷路器時的簡化電路圖。設(shè)切除2030旁路斷路器(QF)時刻為0(即斷路器在t=0時斷開)，電容C為2030旁路斷路器的斷口電容，L為220kV電壓互感器的勵磁電感，系統(tǒng)電勢E_S=U_m sin(ωt+φ)。

現(xiàn)場對2030旁路斷路器的斷口電容進(jìn)行測量，C=1250pF，則X_C=1/ωC=1/314×1250=2.548(MΩ)。

由制造廠家提供的勵磁電抗X_L=1.047 MΩ。

可以計算得到：X_C/X_L=2.548/1.047=2.44，此值正好落在彼得遜諧振曲線的高頻區(qū)域內(nèi)。因此可以判定這一事故為高次諧波諧振過電壓。

3.反事故措施

(1)改變倒閘操作順序。該變電站在對220kV部分全停操作過程中，由于先拉開2030旁路斷路器，后拉開222TV的隔離開關(guān)而造成高次諧波諧振過電壓。為避免重復(fù)性事故，應(yīng)作為操作工作的反措，即先拉開222TV的隔離開關(guān)，后切除2030旁路斷路器，則消除產(chǎn)生諧振的條件，可有效防止高次諧波過電壓的產(chǎn)生。

(2)改變系統(tǒng)參數(shù)。這里有三種方法可采用：

1)第一種方法是減小斷路器的斷口電容量C，可采用小于1000pF的斷口電容，或X_L小于0.8MΩ勵磁電抗的電壓互感器，這樣使X_C/X_L ≥2.8以上，即可避開諧振區(qū)。

2)第二種方法是經(jīng)過計算，如果拆除斷路器的斷口電容器不影響其在系統(tǒng)中開斷短路容量，便可拆除該斷路器的斷口電容。

3)第三種方法是目前采用的電磁式電壓互感器改為電容式電壓互感器(只適用于新建)。

(3)并接電阻(或消諧器)法。在TV的開口三角繞組的兩端并接一只電阻或消諧器，或在高壓側(cè)中性點(diǎn)加消諧器即可達(dá)到消諧的目的。