配电网谐振过电压机理分析及消谐方法研究

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在配电网系统中,电压互感器广泛应用于监测变电站母线对地电压及继电保护系统,由于电压互感器励磁电感的非线性特性,在进行切换操作或发生接地故障时,电压互感器励磁电感因其铁心饱和与系统对地电容形成参数匹配,易引发谐振,其产生的过电压和过电流,严重影响电网稳定运行。因此,研究谐振过电压的激发原因、谐振过程中的电参数特性和保护时序特征等,比较分析工程上的谐振抑制措施,寻求稳定可靠、普适应强的消谐方法,具有十分重要的基础理论意义和工程实用价值。本文结合配电网谐振时能量振荡的多种变量和非线性特征,分析线性谐振、断线谐振和铁磁谐振产生的机理,对比谐振发生的现象及特点,总结了产生铁磁谐振的必然因素。根据电压互感器铁损和非线性特点,建立非线性电感与非线性电阻并联的电压互感器模型。鉴于ATP-EMTP软件具有电磁暂态计算适用性广和模型可视化程度高的优点,选用该软件搭建10千伏配电网中性点不接地系统等效仿真模型。基于该仿真模型,针对各种不同故障或操作下引发的谐振过电压及相应消谐方法进行仿真验证,结果表明工程上常用的电压互感器一次绕组经消谐器接地、4PT法两种消谐措施对于铁磁谐振的抑制过程缓慢且局限性强。针对调匝式、调容式消谐器的缺陷,本文提出了一种并联式自动消谐方法,在泰州供电公司江洲变电站过电压保护系统中试用,在消弧线圈一次侧串联限压电阻改变系统对地电容电流,实现了零延时补偿电容电流,确保发生谐振时能够迅速熄灭电弧电流;同时在二次侧并联微机控制的电容调节单元,降低系统中性点位移电压,抑制了电容的合闸涌流,最终保持电压互感器中性点电压为零,有效抑制谐振过电压,为今后的实践应用提供了技术支撑。
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