一次二次相结合消谐装置的设计

【关键词】一次二次相结合 谐振再检测 消谐

我国的电力系统大多采用中性点非有效的接地方式，该接地方式具有较高的供电可靠性，但是非线性谐振比较常见。而且非线性谐振具有幅值高、能量大的特点，并且能够很快遍及整个电网，破坏性很大，一旦发生，往往造成电气设备的损坏和大面积的停电事故。

目前消除谐振最常用的方法主要有两种：

（1）二次消谐，即短时间短接电压互感器二次开口绕组，通过消耗谐振能量，使谐振强度逐渐衰减从而实现消谐，该方法简单，但很多时候难以彻底消除谐振，尤其是面对低频谐振，消谐效果很难保证。

（2）一次消谐即在电压互感器的一次中性点对地之间串联一电阻（线性或非线性电阻），目的是增加零序回来的电抗，对零序电流进行阻尼，该方法虽然能够保护电压互感器，但对电压互感器的测量精度有影响，另外在系统发生单相接地故障时，消谐器由于自身容量有限，常常会发生自身烧毁故障，特别是当系统产生的谐振电流较大时，消谐器上会产生很高的电压，对电压互感器中性点的绝缘形成威胁。为解决二次消谐不彻底，一次消谐容易影响电压互感器的精度以及自身容量限制的问题，特进行了本设计。

1 系统硬件实现

本文针对上述已有技术中存在的不足之处，将一次消谐与二次消谐相结合，通过将消谐过程分为两步完成，来实现彻底的消除谐振。其硬件实现方案如图1。

图1中A、B、C为三相母线，1为核心控制单元，2为信号采集单元，3为一次消谐单元，4为二次消谐单元，5为真空接触器，6为限压器。

信号采集单元主要由板级电压互感器和放大电路组成，它并联在电压互感器二次侧开口三角处，采集此处电压，并将其送入核心控制单元。核心控制单元为整个装置的核心，主要由微控制器和电路组成，它的作用在于分析系统当前状态，是否有谐振发生。当发生谐振时，由核心控制单元控制其进行消谐动作。

一次消谐单元由真空开关和限压器串联组成，限压器并非长期接入系统，而是通过真空开关接入中性点与地之间。只有在二次消谐单元无法彻底消除谐振的情况下，才启动真空开关投入限压器。这样就避免了由于在电压互感器一次侧中性点装阻尼器件，而引起的发生谐振时，零序电压U0的测量值偏小而致使二次消谐装置无法侦测谐振。

二次消谐单元由正反并联在开口三角两端的2只晶闸管组成。当系统发生谐振时，核心控制单元首先控制二次消谐单元动作，在完成消谐动作后，再次扫描信号采集单元，观察谐振是否完全消除。如果在一定时间内无法完全消除谐振则启动一次消谐单元，即投入限压器以消除剩余的谐振能量。

2 谐振检测

谐振检测主要通过对零序电压U0进行FFT分解，将U0分解为基波分量三次谐波分量以及1/2次谐波分量和1/3次谐波分量。并通过这些分量的振幅来实现谐波的检测。

1/2次谐波、1/3次谐波以及三次谐波引起的谐振检测起来相对比较容易。一般来说1/2次谐波引起的分频谐振的频率范围在23Hz～27Hz之间，振幅一般高于25V，而1/3次谐波引起的分频谐振与1/2次分频谐振类似，它的频率范围在15Hz～18Hz之间，振幅同样高于25V。而三次谐波引起的高频谐振其频率主要在150Hz附近，振幅高于100V。而基波分量引起的谐振由于是工频谐振，使得其与单相接地之间很难区分。目前，对基波谐振和单相接地故障的主要区别在于零序电压U0的高低。通常，将当U0≥150V时定为基频谐振；当30V≤U0

3 消谐策略

由于采用的是一次二次相结合的消谐方式，消谐的策略就显得尤为重要。考虑到当在中性点与地之间接入限压器在发生谐振的时候容易影响PT的测量精度从而导致再次检测谐振时无法实现正确的检测，故将消谐分为一下三步进行：

（1）当检测到系统发生谐振时，启动二次消谐让正反并联在开口三角两端的2只晶闸管连续交替过零触发导通以限制和阻尼铁磁谐振；

（2）将两只晶闸管全部截止，再次对零序电压U0进行检测，判断谐振是否完全消除，如果谐振消除，则消谐结束。如果谐振没有完全消除，则转入第三部进行一次消谐；

（3）若二次消谐无法完全消除谐振，则驱动真空开关闭合，将限压器投入，将中性点通过限压器接地，通过其对谐振电流的阻尼作用，消耗谐振能量，从而最终达到完全消除谐振的作用。

当谐振能量较小时，通过第一步二次消谐即可完全消除谐振；当谐振能量较大或谐振频率较低时，这时二次消谐有可能无法完全将谐振消除，通过第二步的谐振再检测，来判断第一步的消谐情况，由于此时一次消谐的主要部件限压器并没有投入，即电压互感器一次中性点并没有通过限压器接地，此时的谐振检测是合理可靠的，如果检测出谐振未被完全消除，则启动一次消谐，来进一步的将谐振消除。

4 结束语

由于将消谐分为两次进行，将消谐过程分成了三个步骤，充分结合了一次消谐与二次消谐的优点，克服了两种消谐方式的不足，既有效彻底的消除了谐振，又保证了电压互感器的测量精度，并避免了消谐器由于自身容量有限而发生的自身烧毁事故。

参考文献

[1]任启等.中性点不接地系统发生单相接地与谐振的区别[J].华北电力技术，2010.

[2]杨秋霞等.基于小波分析的铁磁谐振检测[J].电网技术，2001（11）.

[3]陈维贤.电网过电压教程[M].北京：中国电力出版社，1999.