1、110kV 变电站谐振的研究综述 1 选题背景及其意义 随着电网新建和改造的力度不断加大，GIS 设备得到了广泛应用。GIS 全称：气体绝缘 金属封闭开关设备。由于 GIS 将断路器、隔离开关、接地开关母线、互感器、避雷器等主 要元件均装入密封的金属容器，内充以绝缘气体，故具有体积小、占地面积少、不受外界环 境影响、运行安全可靠、维护简单和检修周期长等优点8。也因此倍受用户欢迎，发展非常 迅速，现已被广泛的运用于各类变电站。 GIS 设备内部含有一部分铁心元件，最为典型的为电磁式电压互感器。GIS 配套的电压 互感器是 SF6 绝缘电磁式电压互感器， 为 GIS 提供电压参考的测量和保护用3。
2、 金属壳体内 充 SF6 气体作为主绝缘，内装铁芯和一次绕组、二次绕组和剩余绕组。由于 GIS 为内含铁 心元件的设备，存在磁饱和的现象，这使它的电感呈现非线性特性，极易产生 GIS 内部谐 振过电压现象。电网 66 千伏侧为中性点不接地系统，66 千伏 GIS 内部的电磁式电压互感器 一次绕组接成星形，中性点直接接地。 在 GIS 中铁磁谐振过电压的形式是多样的，若是基波谐振，则可能出现两相对地电压 升高；若是谐波谐振，则可能导致三相对地电压同时升高，或引起“虚幻接地”现象。在分 频谐振时可能导致相电压以低频摆动， 或在含铁心元件设备中引起低频过电流， 其后果可能 使设备过热而烧毁、 甚至爆
3、炸。 虽然在不同电压等级的系统中均发生过不同情况的铁磁谐振， 但出现最多的主要是发生在配电网中的中性点绝缘系统中线路对地电容与线路电压互感器 的铁心电感并联引起的分频铁磁谐振。 这种铁磁谐振次数最多， 最容易激发， 且谐振区域大， 因此早就有不少学者进行研究，并且取得了不少的成果。 2 国内外研究动态 随着经济社会的快速发展， 国家对电量的需求日益扩大， 电能变换安全性要求不断增高， 变电站中各类设备的检测分析方式也日渐完善。 国内外专家对于铁磁谐振做了大量的研究和 试验分析，提出了很多的防护措施，然而专门针对 GIS 谐振的研究却少之又少，所以开展相 关的 GIS 谐振研究十分必要。 因此我
4、们在此对国内外知名专家学者关于谐振研究成果进行介 绍。 在实验分析方面，四十年代初 HAPeterson 等对铁磁谐振 1进行了全面的模拟实验 研究，讨论了各种谐振条件对谐振区域的影响。按照 HAPeterson 所做的试验结果，给 出的判据来判断不同类型铁磁谐振的发生区域，如图 1 所示。 图 1 Peterson 曲线图 从图 1 中可以看出，随着比值 Xco/XL的增大，依次发生 1/2 分次谐波、基波和三次谐 波的谐振，所需的电压也逐渐增大。当 Xco/XL处在两个共振区域的边界上时，将会产生极 为复杂的多个频率的振荡。 当 Xco/XL在 0.63.0 时， 产生的谐振为三次谐波谐振
5、； 当 Xco/XL 在 0.10.6 时，产生的谐振为基波谐振；当 Xco/XL在 0.010.1 时，产生的谐振为 1/2 分频 谐振1。 在国内，最早最全面解释谐振现象 11的是陈维贤的内部过电压基础 ，随后国内的学 者也多次通过模拟试验对铁磁谐振的发展过程和谐振条件进行了大量的研究， 从而更多地揭 示了铁磁谐振的内在规律， 有助于全面认识铁磁谐振的特点， 并在此基础上研制了几种消谐 装置。铁磁谐振抑制方法大致可分为两类：一是改变参数，破坏产生谐振的条件；二是接入 阻尼电阻，增大回路的阻尼效应。具体包括：选用励磁特性好的 PT；安装消谐电抗器 7；PT 高压侧中性点接非线性电阻 13；追
6、加可饱和电抗器等5。 80 年代后期以来，借助数值仿真关于铁磁谐振的理论和实验分析日趋增多。国外学者 又把铁磁谐振与非线性动态系统和混沌分析结合起来， 利用功率谱密度和庞加莱映射的方法 和数字仿真技术对其进行动态分析2。 用数字仿真方法对配电网的铁磁谐振进行稳态和暂态 计算。 到目前为止， 国内对于铁磁谐振的数值仿真计算研究实际上可分为以下几种： 图解法、 小波法4、相平面法、描述函数法等9。但这些方法只能进行定性分析或稳态情况下的定性 计算， 对于三相非线性电路的定量计算缺少全面有效的算法， 因而上述方法很难取得好的效 果。 采用已有的仿真软件建立系统三相仿真模型进行更全面的分析， 此类软件有电磁暂态仿 真程序 EMTP、MA TLAB、PSCAD 等。 长期以来，学者对消谐措施的研究始终未间断过，但是谐振依然发生，甚至还出现安装 消谐器后，谐振发生的次数更加频繁和严重的情况。这表明：在实际系统中，由于系统具体 情况不同，铁磁谐振发生与否以及性质都有很大差别。所以，必须针对具体情况进行仿真分 析，在此基础上合理地采用消谐
