電力學(xué)報(bào)bookmark0一起因諧振過電壓而引起的變壓器故障王宏飛1（1.太原第二熱電廠，山西太原030041）機(jī)理，并提出！些具體實(shí)際的抑制措施。
在中低壓電力系統(tǒng)中所發(fā)生的過電壓事故大多由諧振引起。由于諧振過電壓作用時(shí)間較長(zhǎng)，不能用避雷器所限，且引起諧振的原因又很多，因此在選擇保護(hù)措施方面有一定難度，所以在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，需針對(duì)具體回路進(jìn)行分析、計(jì)算，找到適當(dāng)?shù)姆乐怪C振措施，本文以大唐太原第二熱電廠的一起典型事故為例，介紹諧振過電壓的分析過程和防止措施。
1故障過程及現(xiàn)象太原第二熱電廠新機(jī)廠用電氣一次主接線見（見下頁(yè)）2003―09―07該廠79機(jī)組分別處于停機(jī)大、小修狀態(tài)，9機(jī)6kVB段處于停電檢修狀態(tài)，高壓?jiǎn)?dòng)變壓器（以下簡(jiǎn)稱高啟變）接帶機(jī)6kVA段運(yùn)行，23在9機(jī)6kVB段母線恢復(fù)送電操作過程中，合1開關(guān)時(shí)，9機(jī)主控室警鈴響，DCS畫面上電氣事故跳閘顯示：609A― 1、169開關(guān)跳閘。DCS畫面上“斷水保護(hù)動(dòng)作，高啟變差動(dòng)、重瓦斯、輕瓦斯動(dòng)作，分接開關(guān)重瓦斯動(dòng)作，609B開關(guān)控制回路、6kVA段母線TV回路斷線，發(fā)電機(jī)變壓器組CPU1、CPU2啟動(dòng)”光字紅燈閃光；169開關(guān)油泵運(yùn)轉(zhuǎn)、合閘閉鎖、分閘閉鎖、壓力異常閉鎖，690A― 1、609B開關(guān)儲(chǔ)能信號(hào)“光字灰閃；電氣立盤上”控制直流系統(tǒng)故障總信號(hào)、備用B分支5DL（609B）保護(hù)裝置故障“光字亮；繼電保護(hù)室高啟變保護(hù)屏上”高啟變差動(dòng)、輕瓦斯、重瓦斯、978機(jī)A、B分支備用側(cè)開關(guān)，7、8機(jī)A、B分支廠用側(cè)“紅燈亮；7機(jī)方面：607A、607B開關(guān)掉閘失去廠用電，保安段自動(dòng)切換為老廠來電源接帶。9機(jī)立即停止任何操作，就地檢查：高啟變本體及169開關(guān)A、C相噴油、高啟變壓力釋放閥動(dòng)作噴油、6kV備用小間I0B段TV間隔內(nèi)避雷器A相爆、B相崩裂。匯報(bào)值長(zhǎng)，斷開169北刀閘，斷開609A開關(guān)。
2故障后現(xiàn)場(chǎng)檢查處理情況現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)高啟變釋壓閥噴油，南側(cè)（包括分支封閉母線鐵蓋上）有油跡。低壓1分支絕緣為2.5 1麟魁：飛（溢男山融赴1遽祝熱電電廠發(fā)％篦發(fā)電廠電電氣運(yùn)行工：作Www.cnki.net MA低壓2分支絕緣為0M.變壓器鐵芯外引接地螺絲處有明顯電燒灼痕跡。609B― 1的電纜試驗(yàn)正常，開關(guān)真空泡、絕緣子正常，開關(guān)小車下方阻容吸收器試驗(yàn)中放電聲音異常，更換新品。高啟變小間備用分支Iob的TV直流電阻、絕緣電阻、交流耐壓正常。TV小車內(nèi)避雷器A相爆散落的碳化硅電阻片中心無過流痕跡，其邊緣燒灼嚴(yán)重，串聯(lián)放電間隙燒灼嚴(yán)重，B相避雷器外部燒灼嚴(yán)重，瓷套裂，內(nèi)部間隙及閥片基本正常。6kV備用B分支段小母線絕緣電阻、母線交流耐壓試驗(yàn)正常。對(duì)變壓器吊芯檢查后發(fā)現(xiàn)，變壓器低壓側(cè)2分支A相出線處線匝短路，高壓側(cè)A相繞組整體變形，A相高壓繞組對(duì)鐵芯及低壓繞組擊穿，中部絕緣墊塊脫落半圈，被迫返廠更換全部線圈。對(duì)變壓器絕緣油進(jìn)行氣相色譜分析顯示，總烴、乙炔等氣體含量大為超3校驗(yàn)計(jì)算對(duì)6kV備用Iob段的對(duì)地電容參數(shù)和TV的激磁電抗進(jìn)行鐵磁諧振校驗(yàn)計(jì)算按戴維南定理可將當(dāng)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)作出等值LC串聯(lián)電路。其中：當(dāng)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)下的母線電纜對(duì)地電容平均值為測(cè)量6kVIob段TV的激磁阻抗在線電壓下為369⑷，6kV7B段TV與6kVIob段TV型號(hào)相同，所以平均激磁阻抗為Xl=369/2=184.5k；符合鐵磁諧振發(fā)生的條件。
一般鐵磁諧振有幾個(gè)主要特點(diǎn)：①對(duì)鐵磁諧振電路，在相同的電源電勢(shì)作用下，回路可能有不止1種穩(wěn)定的工作狀態(tài)，如基波的諧振狀態(tài)和非諧振狀態(tài)。電路到底穩(wěn)定在那種狀態(tài)要看外界沖擊引起的過渡過程的情況，回路處在諧振狀態(tài)下，將產(chǎn)生過電流和過電壓，同時(shí)電路從感性突然變成容性，發(fā)生相位反傾現(xiàn)象。②非線性鐵磁特性是產(chǎn)生鐵磁諧振的根本原因，但鐵磁元件飽和效應(yīng)本身也限制過電壓幅值。此外，回路損耗也使過諧振電壓受到阻尼和限制，當(dāng)回路電阻大于一定的數(shù)值時(shí)，就不會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)磁諧振過電壓往往發(fā)生在變壓器處在空載或輕載時(shí)的原因。③對(duì)串聯(lián)諧振電路來說，產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓的必要條件是：w=1/jLC<叫因此鐵磁諧振可以在很大參數(shù)范圍內(nèi)發(fā)生。
實(shí)際運(yùn)行和實(shí)驗(yàn)分析表明，在鐵芯電感的振蕩回路中，如果滿足一定條件，還可能出現(xiàn)持續(xù)性的其他頻率的諧振現(xiàn)象。若其諧振頻率等于工頻的整數(shù)倍，稱為高次諧波諧振過電壓。在某些特殊情況下，會(huì)同時(shí)出現(xiàn)2個(gè)以上諧振頻率的過電壓，但通常遇到的是單個(gè)角頻率的諧振現(xiàn)象。必須指出，即使在單個(gè)諧振頻率的條件下，實(shí)際波形中也往往存在一系列其他諧波分量，只是它們所占的比重要比諧振頻率分量小的多，因此在一般的分析計(jì)算中只考慮諧振諧波項(xiàng)和基波項(xiàng)，而忽略其他諧波的影響。這樣，可得出：?jiǎn)晤l諧波諧振時(shí)的相對(duì)地電壓有效值的平方等于工頻電壓和諧振諧波分量電壓的平方和。
與基波鐵磁諧振的條件相類似，可以得出產(chǎn)生第K次諧波諧振的條件是電路中的非線性電感的第K次諧波初始感抗大于或接近于第K次諧波容抗，即：KwL>1/KwC或?qū)懗蓋 電感壓降與電流的夾角大于90°時(shí)，非線性電感呈現(xiàn)為負(fù)阻抗性質(zhì)，它不但不從電源吸收功率，而且相反，它相當(dāng)于1臺(tái)第K次諧波頻率的發(fā)電機(jī)向電路供給功率。這就是說，諧波諧振的能量是通過電感的非線性因素轉(zhuǎn)化得來的。
4故障分析介紹電磁諧振（分頻）一般應(yīng)具備如下3個(gè)條件，①鐵磁式電壓互感器（TV）的非線性效應(yīng)是產(chǎn)生鐵磁諧振的主要原因。②TV感抗為容抗的100倍以內(nèi)，即參數(shù)匹配在諧振范圍。③要有激發(fā)條件，如：投入和斷開空載母線、TV突然合閘、單相接地突然消失、外界對(duì)系統(tǒng)的干擾或系統(tǒng)操作產(chǎn)生的過電壓等。由前面分析可知，本次事故中具備了全部3個(gè)條件，導(dǎo)致了此次事故。
經(jīng)檢查分析，太原第二熱電廠高啟變B段避雷器A相散落碳化硅電阻無過流痕跡，邊緣燒灼嚴(yán)重，放電間隙燒灼嚴(yán)重，調(diào)查老廠故障錄波器波圖后，基本判斷為過電壓原因。分析具體過程為：合609B― 1開關(guān)，因其真空泡內(nèi)觸頭彈跳，造成過電壓，609B一2小車的TV飽和，電感參數(shù)變化，發(fā)生鐵磁諧振，路、嚴(yán)重過負(fù)荷、噴油。高啟變高壓側(cè)A相繞組瞬間對(duì)地閃絡(luò)，電壓到零20ms繼而引發(fā)A相繞組接地，100ms后，169開關(guān)跳閘，169開關(guān)A、C相噴油。
聯(lián)系人：小費(fèi)
ＱＱ：2851759102
郵箱：2851759102@qq.com
傳真：0592-5580710
電話：0592-2350124
手機(jī)：18050025437
