消谐装置在中波发射台供配电系统中的应用

夏更生，李 岩，闫玉宽（河南省新闻出版广电局一〇四台，河南 郑州 450000）

消谐装置在中波发射台供配电系统中的应用

夏更生，李 岩，闫玉宽
（河南省新闻出版广电局一〇四台，河南 郑州 450000）

从谐振机理入手，重点分析铁磁谐振的产生条件、铁磁谐振过电压的危害及消除措施；以WNXIII-10B型消谐装置在某中波发射台的应用情况为例，说明安装消谐装置可以有效抑制铁磁谐振过电压，保护高压熔丝、电压互感器等设备免遭损坏。

中波发射台；供配电系统；铁磁谐振；消谐装置

0 概述

某中波发射台采用双路电源供电，电压等级为10 kV，分别为“前广线”和“芦广线”，其线路情况复杂，电缆与架空线路混接，单相接地故障时有发生。在10-35 kV中性点不接地系统中，发生单相接地故障时，有时会激发铁磁谐振，因此装设消谐装置以抑制单相接地故障激发的铁磁谐振，防止谐振过电压对设备绝缘的破坏是十分必要的。

一般认为系统中的电阻元件和电容元件为线性参数，而电感元件则有3类不同的特性参数。在一定条件下，对应3种电感参数，可能产生线性谐振、参数谐振、铁磁谐振3种不同性质的谐振现象。以下重点分析铁磁谐振、铁磁谐振过电压及该发射台采取的限制铁磁谐振的方法。为直线；随着电流的增加，铁芯逐渐饱和，电感值下降，UL上升趋势变缓，不再是直线。在电源电动势E的作用下，曲线ΔU与电源电动势E有a，b，c 3个交点，也就是电路可能的工作点。利用小扰动法分析可知，a点和c点为串联铁磁谐振回路的2个稳定工作点，而b点为非稳定工作点。其中，在非谐振工作状态a点，UL大于UC，电路呈感性，电流较小；在谐振工作状态c点，UL小于UC，电路呈容性，电流较大，会产生过电压。

图1 简单的等值串联谐振电路

1 铁磁谐振的产生条件及特点

1.1 铁磁谐振的产生条件

在交流电源作用下，铁芯元件的电感值作周期性变化，这是产生铁磁谐振的基本原因。以基频串联谐振电路为例，定性分析产生铁磁谐振的基本条件。简单的等值串联谐振电路如图1所示。

假设只考虑基波谐振，那么所有的电压和电流均可用有效值来表示，图2给出了电感及电容上电压随电流变化的曲线UC，UL。

由图2可见，UC是一条直线。UL在起始阶段

图2 基波铁磁谐振图解法

对于串联谐振回路，产生基波铁磁谐振的条件是在铁芯未饱和时，回路参数满足条件：

对于一定的电感值L0，铁磁谐振可以在很大的电容值范围内发生。随着线圈中电流的增加，电感值下降，ω0上升到接近或等于ω，满足了串联谐振的条件，回路由非谐振状态转化为谐振状态。

1.2 铁磁谐振的特点

（1） 相位反倾现象。铁磁谐振回路中的参数（电源电动势E、电容C）平滑变化时，回路工作状态可能发生突变，谐振现象可能突变式地产生或消失，并且伴有相位反倾现象。例如：电源电动势E逐渐上升时，回路状态由感性突变为容性，谐振现象突变式地产生。

（2） 外激发现象。外激发是需要经过过渡过程产生的谐振现象，当E小于U0时，E逐渐上升，回路只能处在非谐振的工作点a。只有当回路经过强烈的“冲击扰动”，回路才能处在谐振的工作点c。一旦“激发”起来，谐振状态可以“自保持”，维持很长时间不会衰减。

（3） 自激发现象。当E大于U0时，电路只有一个稳定的工作点c，即使没有外界的“冲击扰动”，也总是工作在谐振状态，这种现象称为“自激”。

1.3 6-35 kV配电网铁磁谐振过电压分析

6-35 kV配电网中，由于变压器、电压互感器等带铁芯电感的磁路饱和作用，时常使回路的电感参数呈非线性，而激发起持续的较高幅值的谐振过电压，即铁磁谐振过电压。在下列情况下，如电力线路1相或2相断线，电源断路器突然合闸于带有变压器或电压互感器的空载或轻载母线上，当线路上发生或消除瞬间接地故障，电压互感器高压线圈发生接地故障或匝间短路等时，则可能产生铁磁谐振过电压，出现相对地电压不稳定、接地指示误动作、电压互感器高压保险丝熔断等现象，严重时会导致电压互感器烧毁，进而引发其他事故。谐振不仅会引起过电压，同时还会引起过电流；且谐振过电压的持续时间较长，甚至可以稳定存在，直到发生新的操作破坏谐振条件为止。

该发射台10 kV系统有3台变压器和几组电压互感器。2条供电线路在进入发射台前均有一段架空线路，在刮风、雨雪等恶劣天气时，常发生断线故障。当一路电源发生故障时，备自投装置动作，由另一路电源供全台负荷用电，这种电源断路器突然合闸于带有电压互感器的母线上，则可能产生铁磁谐振过电压。该发射台供电线路的特殊性导致发生铁磁谐振过电压的几率升高。

2 WNXⅢ-10B型消谐装置的应用

2.1 装置简介

WNXIII-10B型消谐装置由单片机、交流采样、鉴频整形、触发脉冲、晶闸管、低电压闭锁、指示灯群（依次指示高频、基频、1/2频、1/3频、接地、工作）、计数器、分频器及稳压电源等组成，其中单片机和晶闸管是本装置的核心。单片机在少量硬件的支持下，实现对各种铁磁谐振的检测和晶闸管的控制；晶闸管受控于单片机，执行消谐任务。

2.2 装置应用

该电台在2段母线电压互感器二次侧开口三角绕组处各装设1台消谐装置，型号为WNXIII-10B如图3所示。该消谐装置具有区分铁磁谐振过电压与各种非铁磁谐振过电压的能力。在正常运行及非铁磁谐振过电压情况下，并联在开口三角形两端的正反2只晶闸管截止，装置呈高阻态。当判断为铁磁谐振过电压时，单片机执行消谐程序，发出高脉冲群，使2只晶闸管交替过零触发导通，向电网施加强有力的持续阻尼，迅速消除或限制铁磁谐振过电压。与此同时，相应的指示灯亮，指明谐振类别，计数器自动加1，输出持续时间为1 min的报警信号。谐振消除后，单片机停止执行消谐程序，晶闸管自行截止，单片机重新开始循环检测。若测得的频率为基频，但幅值较低，则接地信号接点闭合，输出接地报警。

3 结束语

自2003年该发射台新址工程建设开始，在设备的选用上多次与设计方协商、沟通，强调安全可靠供电对于广电行业节目安全播出的重要性，因此，设计安装了消谐装置。经分析对比后，最终选用WNXIII-10B型消谐装置来限制铁磁谐振。2004年投运至今，装于“前广线”侧的消谐装置累计消除谐振733次；2013年改芦医庙供电后的“芦广线”侧消谐装置累计消除谐振149次。运行实践表明，该发射台在电压互感器开口三角绕组端口接入消谐装置，可以迅速消除谐振，或有效地限制铁磁谐振引起的过电压，保护电压互感器免受损坏，在一定程度上提高了供电可靠性，保障了发射台用电设备的安全运行。

3 郭景武，张荣新.消谐装置在电力系统中的应用分析［J］.天津电力技术，2005，26（S1）：24-26.

1 刘新东.10-35 kV配电网铁磁谐振过电压的表现形式及消除措施［J］.电工技术，2000，11（6）：45-46.

2 代 姚.配电网铁磁谐振及弧光接地过电压特征识别与抑制方法［D］.重庆：重庆大学，2010.

2015-07-23；

2015-10-26。

夏更生（1963-），男，副高级工程师，主要从事动力设备的安全运行、设备管理以及人员培训和班组建设等方面工作，email：422307228@qq.com。

李 岩（1982-），女，助理工程师，主要从事变电运行、维护技改等相关工作。

闫玉宽（1972-），男，大专，主要从事变电运行工作。