一、谐振过电压的产生原因及危害

电厂中存在着大量储能元件，即储存静电能量的电容元件（电缆等导线的对地电容和相间电容，串、并联补偿电容器组，各种设备的杂散电容等）和储存磁能的电感元件（变压器、互感器、发电机、消弧线圈、电抗器以及各种杂散电感等）。电网中的电感、电容元件，在一定电源的作用下，并受到操作或故障的激发，使得某一自身振荡频率与外加强迫频率相等，形成周期性或准周期性的剧烈振荡，电压振幅急剧上升，出现严重谐振过电压。

谐振过电压的持续时间较长，甚至可以稳定存在，直到破坏谐振条件为止。谐振过电压可在各级电网中发生，危机绝缘，烧毁设备，破坏保护设备的保护性能，甚至引发不可预知的灾难性后果。

二、谐振过电压的类型及相应抑制方法

在电力生产和电力运行的中、低压电网中，故障的形式和操作方式是多种多样的，谐振性质也各不相同。因此，应该了解各种不同类型谐振的性质与特点，掌握其振荡的性质和特点，以便制定防振与消振的对策与措施。

各种谐振过电压可以归纳为三种类型：线性谐振过电压、铁磁谐振过电压和参数谐振过电压。

（1）线性谐振过电压

线性谐振过电压的特点：

A.参与谐振的各电气参量均为线性。电感元件不带铁芯或带有气隙的铁芯，并与电容元件组成串联回路。

B.谐振发生在电网自振频率与电源频率相等或相近时。

C.多为空载线路不对称接地故障的谐振、消弧线圈补偿网络的谐振和某些传递过电压的谐振等。

在我院电气专业的日常设计中，主要碰到消弧线圈补偿网络的谐振问题。当消弧线圈网络在全补偿运行状态，也即脱谐度v=0，此时如果发生单相接地，导致网络中出现零序电压，进而便可引发消弧线圈与导线对地电容的串联线性谐振。

从理论上来讲，限制这种过电压的方法是使回路脱离谐振状态。在实际的工程设计中，消除这种谐振的方法是采用欠补偿或过补偿运行方式。

A.一般装在电网的变压器中性点的消弧线圈，以及具有直配线的发电机中性点的消弧线圈采用过补偿方式，也即脱谐度v＜0。这样可以保证在线路进行切除操作时或发生线路断线时，使容抗更大，不会发生谐振。

B.对于采用单元连接的发电机中性点的消弧线圈，一般采用欠补偿方式，也即脱谐度v＞0。这是因为单元接线的网络容抗比较固定，不易发生断线；而采用欠补偿方式，发电机回路容量较大，对于限制电容耦合传递过电压有利。

（2）参数谐振过电压

参数谐振过电压的特点：

A.与电容组成谐振回路的电感参数作周期性变化，变化频率一般为电源频率的偶数倍。

B.谐振所需能量由改变电感参数的原动机供给，它不仅可补偿回路中电阻的损耗，并且使回路的储能愈积愈多，保证了谐振的发展。

C.谐振过电压和电流理论上能趋于无限大。但是由于实际上常受电感磁饱和的影响，使回路自动偏离谐振条件，使过电压不致无限增大。

在实际工程中，发电机是引发参数谐振过电压的“罪魁祸首”。不过，由于在正式投入运行前，生产发电机的设计部门要进行自激的校核，避开谐振点，因此一般不会出现参数谐振过电压。

（3）铁磁谐振过电压

铁磁谐振过电压的特点：

A.谐振回路由带铁芯的电感元件（如空载变压器、电压互感器）和系统的电容元件组成。因铁芯电感元件的饱和现象，使回路的电感参数呈非线性。

B.谐振频率可以等于电源电源频率（基波共振），也可为其简单分数（分次谐波共振）或简单倍数（高次谐波共振）。

C.在一定的情况下可自激产生，但大多需要有外部激发条件。回路中事先经历过足够强烈的过渡过程的冲击扰动。这种谐振可以突然产生或消失。当激发消除后，常能够自保持。

D.在一定的回路损耗电阻的情况下，其幅值主要受到非线性电感本身严重饱和的限制。

引起铁磁谐振的原因与设计时的主要抑制方法：

A.断线引起的铁磁谐振过电压

电网因断线、断路器非全相运行动作、熔断器一相或两相熔断等而造成非全相运行时，电网电容与空载或轻载运行的变压器的励磁电流可能组成多种多样的串联谐振回路，产生基频、分频或高频谐振。它可使电网中性点位移、绝缘闪络、避雷器爆炸。

在实际工程的设计与运行中中，常采取以下措施抑制断线引起的铁磁谐振过电压：

a)在线路上不采用熔断器。

b)采取措施，保证断路器不发生非全相拒动，或在发生拒动时，利用保护装置作用于上一级跳闸。

c)在中性点接地电网中，操作中性点不接地的负载变压器时，将变压器中性点临时接地。

B.电磁式电压互感器引起的的铁磁谐振过电压

中性点不接地系统中，由于电压互感器突然合闸，一相或两相绕组出现涌流，线路单相弧光接地时出现暂态涌流以及发生传递过电压时，可能使电磁式电压互感器三相电感程度不同地产生严重饱和，形成三相或单相共振回路，激发各次谐波谐振过电压。其中以分频谐振过电压危害最大，严重时可使电压互感器过热爆炸。

在实际工程的设计中，每个电厂项目都避免不了使用电磁式电压互感器。我院电气专业常采取以下措施消除由于电压互感器饱和引起的铁磁谐振过电压：

a)选用励磁特性较好的电磁式电压互感。我院在设计中选型时，选用优质产品来保证励磁特性的良好性，比如选用大一互、大二互的产品。

b)在零序回路中加阻尼电阻。在八九十年代的时候，常常采用在电压器开口三角绕组两端接入白炽灯的方法来抑制铁磁谐振过电压。在现在的设计中，可以选用中性点虚拟接地柜来抑制铁磁谐振过电压。我院在平原县30MW生物质能热电联产项目、中节能（烟台）生物质热电工程等项目中选用合肥溢鑫电力科技有限公司生产的OXJ虚拟接地及电压互感器柜都取得了良好的运行效果。

c)在电压互感器一次绕组的中性点或开口三角绕组装设专用消谐器。我院在联邦制药（内蒙古）有限公司5×260t/h锅炉烟气脱硫工程等项目中选用安徽山川电力技术有限公司生产的SYG系列过电压监控抑制柜来防治铁磁谐振过电压，取得了良好的效果。同时，我院正在设计中的XX纸业有限公司热电联产工程选用了安徽巨森电器有限公司JSE-WGY过电压抑制综合装置。

C.串联补偿引起的铁磁谐振过电压

串联补偿引起的铁磁谐振在电厂中很少会遇到，当存在这种谐振的可能性时，可以利用串联补偿装置的主保护间隙，将阻尼电阻接入回路中。

三、结语

谐振过电压广泛地存在于电厂的运行之中，具有随机性、不可预测性和破坏性强的特点。一次电厂的普通例行操作，一次电动机的短时过流等，都可能会在电厂中引起谐振过电压。因此在电厂设计的大量相关规范与设计手册中中，如《小型火力发电厂设计规范》、《电力工程电气设计手册电气一次部分》、《工业与民用电力装置的过电压保护设计规范》、《电力装置的过电压保护设计规范》等等规范中都对谐振过电压的抑制做出了严格详细的规定，足见防治谐振过电压在电厂中的重要性与必要性。

谐振过电压在电厂正常运行中出现的频率高且危害大，一旦发生过电压，往往造成电气设备的损坏，甚至引发大面积停电的事故。为减少电厂业主的损失，我院电气专业在电厂设计中，根据不同的工程所特有的特点，对电厂可能发生谐振过电压的节点进行严格必要的预估与安排，采取了从根源上消除产生谐振过电压的基础的的方法，当由于系统运行方式从根源上无法消除时，则采取抑制过电压的方法，全部有效的消除或抑制了谐振过电压，大大降低了电厂的事故率，提高了电厂的安全性。

四、参考书目

1、《电力工程电气设计手册 电气一次部分》 水利水电部西北电力设计院      中国电力出版社  1989.12

2、《高电压技术》第二版  浙江大学 赵智大   中国电力出版社  2010.6 

3、《小型火力发电厂设计规范》GB50049-2011  中国计划出版社  2011.11

4、合肥溢鑫电力科技有限公司OXJ虚拟接地及电压互感器柜样本

5、安徽山川电力技术有限公司SYG系列过电压监控抑制柜样本  2007第二版

6、安徽巨森电器有限公司JSE-WGY过电压抑制综合装置样本

作者：撒同颖  姜雪    指导：杨志伟  杨敏