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变电站串联谐振的研究
2021-11-05

近年来随着非线性负荷的增加,各种电力电子产品的使用,在电网中产生大量谐波,使电网电压发生畸变,同时谐波可能引起电网中局部的并联谐振和串联谐振,从而产生谐波放大、谐振过电压,加快电气设备绝缘老化,促使电容器和电抗器损坏,影响电网的安全供电。本文研究了变电站谐振的原理,以一个实际变电站为基础,全面分析了变电站的谐振及消谐措施,同时分析了短路和谐振的区别,为变电站谐波谐振的综合治理奠定了基础。


谐波谐振概述


谐波谐振是电力系统运行中一种较常见的现象,由于它发生时对电力系统危害较大,己经日益引起人们的重视,所谓谐振,是指振荡系统中的一种周期性或准周期性的运行状态,其特征在于某一个或几个谐波幅值的急剧上升,即形成谐振过电压,危害电气设各绝缘。电力系统中存在着许多电容和电感元件,如变压器、互感器、发电机、消弧线圈、电抗器、线路导线电感等均可作为电感元件线路导线的对地和相间电容、补偿电容器、高压设各的杂散电容等均可作为电容元件。当系统进行操作或发生故障时,这些电容、电感元件形成的振荡回路可能产生谐振现象。谐振小仅引起过电压,同时还引起过电流,谐振过电压的持续时间较长,甚至可以稳定存在,可以一直到发生新的操作,破坏谐振条件为止。运行经验表明,由于谐振过电压的这种持续性质,且出现的频率较高,以至谐振过电压可以在各种电压等级的电网中产生,而且通常的配电网中几乎所有的内部过电压事故都是由谐振现象引起,这也是一直以来人们普遍关注的问题之一。


串联谐振


产生高次谐波的谐波源主要分为三类


①铁磁饱和型各种铁芯设备,如变压器、电磁式电压互感器、电抗器等,其铁磁饱和特性表现为非线性,产生的谐波以次为主。


②电子开关型主要是各种交直流换流装置整流器、逆变器以及双向晶闸管、可控开关设备可控硅装置等,其交流波形的开关切合和换向特性表现为非线性,产生的谐波以奇次谐波为主。


③电弧型各种炼钢电弧炉在熔化期间、交流电弧焊机在焊接期间以及电力高压断路器开合时断口拉弧瞬间,电弧的点燃和剧烈变动所形成的电弧电压与电流的高度非线性,产生的谐波以2、3、4、5、7次为主。


由于电力系统谐波源固有的非线性伏安特性决定了电流波形的畸变,使其产生的谐波电流与基波电流具有一定的比例,因此非线性负荷一般都是谐波电流源。当电力系统局部电路中的感抗和容抗在谐波的作用下相等时,便发生谐波谐振现象。


谐波谐振产生原因


电力系统中的谐波谐振电路经简化后,可划分为串联谐振电压谐振和并联谐振电流谐振两种形式。


串联谐振


当系统中某些电感、电容元件与谐波源形成串联回路时,就可能发生串联谐振。谐振回路简化后如图所示。


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发生串联谐振的条件是在谐波源产生的nr次谐波的作用下,串联回路中的感抗与容抗相等,即


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