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諧振與消諧裝置
消弧和消諧的區(qū)別
消弧：在中性點經消弧線圈接地系統(tǒng)中，當發(fā)生單相接地短路時，中性點電位將上升到相電壓，這時流經消弧線圈的電感電流與單相接地的電容性故障電流相互抵消，使故障電流得到補償，補償后的殘余電流變得很小，不足以維持電弧，從而自行熄滅。
消諧：電力系統(tǒng)中有許多鐵芯電感元件,例如變壓器、電壓互感器、消弧和并聯補償電抗器,這些大都為非線性元件,它和系統(tǒng)的電容組成許多復雜的振蕩回路,如果滿足一定的條件,就可激發(fā)起持續(xù)時間較長的鐵磁諧振過電壓。發(fā)生鐵磁諧振時產生的較高過電壓和較大的過電流,極易使電力設備的絕緣損壞,嚴重情況下危及運行人員的安全。消諧裝置的作用就是消除鐵磁諧振。
鐵磁諧振
在中性點不直接接地系統(tǒng)中，電壓互感器PT通常接在母線上，其一次側繞組接成星形，中性點直接接地，因此各相對地勵磁電感與導線對地電容之間各自組成獨立的振蕩回路，并可看成是對地的三相負荷。
正常工況下，三相對地負荷是平衡的，電網的中性點處在零電位。當電網發(fā)生沖擊擾動時，可能使一相或兩相的對地電壓瞬間提高，使得電壓互感器的勵磁電流突然增大而發(fā)生飽和，其等值勵磁電感相應減小，可能與系統(tǒng)對地電容形成參數匹配，從而引發(fā)鐵磁諧振現象，造成系統(tǒng)過電壓和PT繞組過電流。
為何鐵芯飽和后電感減小
上述鐵磁諧振的形成原理，有一句話可能不好理解：鐵芯飽和后勵磁電感相應減小。從物理意義上說，電感是表征電感元件存儲磁場能力的參數，在數值上等于單位電流產生的磁鏈。下面從公式推導：
在變壓器/電壓互感器額定運行時：
N1為變壓器一次側繞組的匝數。S為鐵芯導磁截面積，L為鐵芯平均長度。
圖為磁化曲線，表示物質中的磁場強度H與所感應的磁感應強度B之間的關系。
當鐵芯飽和時，磁導率減小，磁導減小，勵磁電感減小，勵磁電抗也減小。上述推導也可以解釋為什么當正常運行時PT的勵磁電抗很大，當鐵芯飽和時勵磁電抗很小。
設L0為PT三相并聯的等值電抗，3C0為線路對地電容。當L0與3C0回路達到固定震蕩頻率時，會產生諧振現象。隨著系統(tǒng)對地電容3C0的增大，依次發(fā)生高頻、基頻、分頻諧振（稍后我們會介紹這三種諧振的特點和危害）。諧振一旦形成，其狀態(tài)可能自保持，并維持很長時間。如上圖所示，橫坐標為：系統(tǒng)每相對地容抗與額定線電壓下PT繞組勵磁電抗的比值。縱坐標為鐵磁諧振激發(fā)電壓Ex與PT工作線電壓Ux的比值。1表示分頻諧振，2表示基頻諧振，3表示高頻諧振。從上圖可以看出，隨著橫坐標容抗與感抗比值的增大，系統(tǒng)分別處于1/2次諧振、基波和高頻諧波諧振區(qū)域，不同頻率諧振區(qū)的最低臨界激發(fā)電壓逐漸增大，分頻諧振所需的激發(fā)電壓最低，因此在實際運行條件下，只要滿足一定的參數條件，分頻諧振是最容易發(fā)生的。
諧振特點及危害
基波諧振：系統(tǒng)兩相對地電壓升高，一相對地電壓降低，但不為零。中性點對地電壓(可由互感器輔助繞組測得電壓)略高于相電壓，類似單相接地；或者是兩相對地電壓降低，一相對地電壓升高，中性點有電壓。前者更為常見。分頻諧波共振：三相電壓同時升高，中性點有電壓，這時電壓互感器一次電流可達正常額定電流的30～50倍甚至更高。中性點電壓頻率大多為1/3工頻或1/2工頻。因為頻差，三相電壓表出現低頻擺動。高次諧波共振：往往三相電壓同時升高，中性點有較高電壓，頻率主要是三次諧波。分次諧波諧振時過電壓并不高，但電壓互感器電流極大，易使PT因過熱而爆炸；基波諧振時電流并不大，而過電壓較高；高次諧波諧振時，一般電流不大，過電壓很高，經常使設備絕緣損壞。
消諧方法
產生條件：要想針對諧振采取針對性解決措施，首先要了解鐵磁諧振產生的條件：
①中性點非有效接地系統(tǒng)②非線性電感元件和電容元件組成的振蕩回路③振蕩回路中的損耗足夠小，所以諧振實際上多發(fā)生在系統(tǒng)空載或輕載時④電感的非線性要相當大⑤有激發(fā)作用，即系統(tǒng)有某種電壓、電流的沖擊擾動，如跳合閘、瞬間短路等。
為了消除PT的鐵磁諧振過電壓，主要從改變電感電容參數和消耗諧振能量兩方面來考慮。系統(tǒng)的運行方式是實時變化的，即使在選擇設備時盡量避免電感電容參數耦合，但仍無法完全避免諧振產生。消耗諧振能量方面目前系統(tǒng)中較常使用的有一次消諧器和二次微機消諧器。
一次消諧
一次消諧器是高容量非線性電阻，安裝在電壓互感器一次繞組中性點，正常運行時阻值很大，單相接地或其他原因中性點電位升高，則電阻值下降，減小中性點偏移度，快速抑制過電壓，避免諧振。另外，由于 6～35kV電網中性點不接地，母線上 Y0 接線的 PT 一次繞組將成為該電網對地唯一金屬性通道，當系統(tǒng)中發(fā)生單相接地或接地消失時，電網對地電容通過PT一次繞組有一個充放電過渡過程，此時常有最高幅值達數安培的工頻半波涌流通過PT，此電流有可能將PT高壓熔絲熔斷。在電壓互感器中性點安裝一次消諧器能有效限制這類涌流，避免了熔絲熔斷。
二次消諧
二次消諧是在電壓互感器的二次開口三角繞組裝設的微機消諧裝置，能夠對 PT 開口三角電壓進行實時循環(huán)檢測。正常工作情況下，該電壓較小，裝置內的大功率消諧元件（可控硅）處于阻斷狀態(tài)，對系統(tǒng)無任何影響。當檢測到開口三角電壓大于 30V 時，表示有故障發(fā)生，于是裝置開始對開口三角電壓進行數據采集。通過數字測量、濾波、放大等數字信號處理技術，對數據進行分析、計算，判斷出當前的故障狀態(tài)。如果出現某種頻率的鐵磁諧振 （一般在17~150Hz 之間），CPU 立即啟動消諧電路（使可控硅導通），讓鐵磁諧振在強大的阻尼下迅速消失。 在開口三角處并聯消諧電阻，若消諧裝置內部可控硅出現故障，報警接點導通啟動交流接觸器，接觸器啟動大容量電阻，從而消除諧振。系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振時，裝置瞬時啟動消諧元件，將 PT 開口三角繞組瞬間短接，產生強大阻尼，從而消除鐵磁諧振。
主要難點
微機消諧裝置的主要難點在于對基波諧振和單相接地的區(qū)分，通常，將當U0≥ 150V時定為基頻諧振；當30V≤U0<145V時定為單相接地故障。另外鐵磁諧振時PT電感與線路電容構成諧振回路，此時各線路對地電容電流為零，因此不存在零序電流；而單相接地時各線路出現零序電流。