夏更生，李 巖，閆玉寬（河南省新聞出版廣電局一〇四臺，河南 鄭州 450000）

消諧裝置在中波發(fā)射臺供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

夏更生，李 巖，閆玉寬
（河南省新聞出版廣電局一〇四臺，河南 鄭州 450000）

從諧振機(jī)理入手，重點分析鐵磁諧振的產(chǎn)生條件、鐵磁諧振過電壓的危害及消除措施；以WNXIII-10B型消諧裝置在某中波發(fā)射臺的應(yīng)用情況為例，說明安裝消諧裝置可以有效抑制鐵磁諧振過電壓，保護(hù)高壓熔絲、電壓互感器等設(shè)備免遭損壞。

中波發(fā)射臺；供配電系統(tǒng)；鐵磁諧振；消諧裝置

0 概述

某中波發(fā)射臺采用雙路電源供電，電壓等級為10 kV，分別為“前廣線”和“蘆廣線”，其線路情況復(fù)雜，電纜與架空線路混接，單相接地故障時有發(fā)生。在10-35 kV中性點不接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時，有時會激發(fā)鐵磁諧振，因此裝設(shè)消諧裝置以抑制單相接地故障激發(fā)的鐵磁諧振，防止諧振過電壓對設(shè)備絕緣的破壞是十分必要的。

一般認(rèn)為系統(tǒng)中的電阻元件和電容元件為線性參數(shù)，而電感元件則有3類不同的特性參數(shù)。在一定條件下，對應(yīng)3種電感參數(shù)，可能產(chǎn)生線性諧振、參數(shù)諧振、鐵磁諧振3種不同性質(zhì)的諧振現(xiàn)象。以下重點分析鐵磁諧振、鐵磁諧振過電壓及該發(fā)射臺采取的限制鐵磁諧振的方法。為直線；隨著電流的增加，鐵芯逐漸飽和，電感值下降，UL上升趨勢變緩，不再是直線。在電源電動勢E的作用下，曲線ΔU與電源電動勢E有a，b，c 3個交點，也就是電路可能的工作點。利用小擾動法分析可知，a點和c點為串聯(lián)鐵磁諧振回路的2個穩(wěn)定工作點，而b點為非穩(wěn)定工作點。其中，在非諧振工作狀態(tài)a點，UL大于UC，電路呈感性，電流較??；在諧振工作狀態(tài)c點，UL小于UC，電路呈容性，電流較大，會產(chǎn)生過電壓。

圖1 簡單的等值串聯(lián)諧振電路

1 鐵磁諧振的產(chǎn)生條件及特點

1.1 鐵磁諧振的產(chǎn)生條件

在交流電源作用下，鐵芯元件的電感值作周期性變化，這是產(chǎn)生鐵磁諧振的基本原因。以基頻串聯(lián)諧振電路為例，定性分析產(chǎn)生鐵磁諧振的基本條件。簡單的等值串聯(lián)諧振電路如圖1所示。

假設(shè)只考慮基波諧振，那么所有的電壓和電流均可用有效值來表示，圖2給出了電感及電容上電壓隨電流變化的曲線UC，UL。

由圖2可見，UC是一條直線。UL在起始階段

圖2 基波鐵磁諧振圖解法

對于串聯(lián)諧振回路，產(chǎn)生基波鐵磁諧振的條件是在鐵芯未飽和時，回路參數(shù)滿足條件：

對于一定的電感值L0，鐵磁諧振可以在很大的電容值范圍內(nèi)發(fā)生。隨著線圈中電流的增加，電感值下降，ω0上升到接近或等于ω，滿足了串聯(lián)諧振的條件，回路由非諧振狀態(tài)轉(zhuǎn)化為諧振狀態(tài)。

1.2 鐵磁諧振的特點

（1） 相位反傾現(xiàn)象。鐵磁諧振回路中的參數(shù)（電源電動勢E、電容C）平滑變化時，回路工作狀態(tài)可能發(fā)生突變，諧振現(xiàn)象可能突變式地產(chǎn)生或消失，并且伴有相位反傾現(xiàn)象。例如：電源電動勢E逐漸上升時，回路狀態(tài)由感性突變?yōu)槿菪?，諧振現(xiàn)象突變式地產(chǎn)生。

（2） 外激發(fā)現(xiàn)象。外激發(fā)是需要經(jīng)過過渡過程產(chǎn)生的諧振現(xiàn)象，當(dāng)E小于U0時，E逐漸上升，回路只能處在非諧振的工作點a。只有當(dāng)回路經(jīng)過強(qiáng)烈的“沖擊擾動”，回路才能處在諧振的工作點c。一旦“激發(fā)”起來，諧振狀態(tài)可以“自保持”，維持很長時間不會衰減。

（3） 自激發(fā)現(xiàn)象。當(dāng)E大于U0時，電路只有一個穩(wěn)定的工作點c，即使沒有外界的“沖擊擾動”，也總是工作在諧振狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為“自激”。

1.3 6-35 kV配電網(wǎng)鐵磁諧振過電壓分析

6-35 kV配電網(wǎng)中，由于變壓器、電壓互感器等帶鐵芯電感的磁路飽和作用，時常使回路的電感參數(shù)呈非線性，而激發(fā)起持續(xù)的較高幅值的諧振過電壓，即鐵磁諧振過電壓。在下列情況下，如電力線路1相或2相斷線，電源斷路器突然合閘于帶有變壓器或電壓互感器的空載或輕載母線上，當(dāng)線路上發(fā)生或消除瞬間接地故障，電壓互感器高壓線圈發(fā)生接地故障或匝間短路等時，則可能產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓，出現(xiàn)相對地電壓不穩(wěn)定、接地指示誤動作、電壓互感器高壓保險絲熔斷等現(xiàn)象，嚴(yán)重時會導(dǎo)致電壓互感器燒毀，進(jìn)而引發(fā)其他事故。諧振不僅會引起過電壓，同時還會引起過電流；且諧振過電壓的持續(xù)時間較長，甚至可以穩(wěn)定存在，直到發(fā)生新的操作破壞諧振條件為止。

該發(fā)射臺10 kV系統(tǒng)有3臺變壓器和幾組電壓互感器。2條供電線路在進(jìn)入發(fā)射臺前均有一段架空線路，在刮風(fēng)、雨雪等惡劣天氣時，常發(fā)生斷線故障。當(dāng)一路電源發(fā)生故障時，備自投裝置動作，由另一路電源供全臺負(fù)荷用電，這種電源斷路器突然合閘于帶有電壓互感器的母線上，則可能產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓。該發(fā)射臺供電線路的特殊性導(dǎo)致發(fā)生鐵磁諧振過電壓的幾率升高。

2 WNXⅢ-10B型消諧裝置的應(yīng)用

2.1 裝置簡介

WNXIII-10B型消諧裝置由單片機(jī)、交流采樣、鑒頻整形、觸發(fā)脈沖、晶閘管、低電壓閉鎖、指示燈群（依次指示高頻、基頻、1/2頻、1/3頻、接地、工作）、計數(shù)器、分頻器及穩(wěn)壓電源等組成，其中單片機(jī)和晶閘管是本裝置的核心。單片機(jī)在少量硬件的支持下，實現(xiàn)對各種鐵磁諧振的檢測和晶閘管的控制；晶閘管受控于單片機(jī)，執(zhí)行消諧任務(wù)。

2.2 裝置應(yīng)用

該電臺在2段母線電壓互感器二次側(cè)開口三角繞組處各裝設(shè)1臺消諧裝置，型號為WNXIII-10B如圖3所示。該消諧裝置具有區(qū)分鐵磁諧振過電壓與各種非鐵磁諧振過電壓的能力。在正常運(yùn)行及非鐵磁諧振過電壓情況下，并聯(lián)在開口三角形兩端的正反2只晶閘管截止，裝置呈高阻態(tài)。當(dāng)判斷為鐵磁諧振過電壓時，單片機(jī)執(zhí)行消諧程序，發(fā)出高脈沖群，使2只晶閘管交替過零觸發(fā)導(dǎo)通，向電網(wǎng)施加強(qiáng)有力的持續(xù)阻尼，迅速消除或限制鐵磁諧振過電壓。與此同時，相應(yīng)的指示燈亮，指明諧振類別，計數(shù)器自動加1，輸出持續(xù)時間為1 min的報警信號。諧振消除后，單片機(jī)停止執(zhí)行消諧程序，晶閘管自行截止，單片機(jī)重新開始循環(huán)檢測。若測得的頻率為基頻，但幅值較低，則接地信號接點閉合，輸出接地報警。

3 結(jié)束語

自2003年該發(fā)射臺新址工程建設(shè)開始，在設(shè)備的選用上多次與設(shè)計方協(xié)商、溝通，強(qiáng)調(diào)安全可靠供電對于廣電行業(yè)節(jié)目安全播出的重要性，因此，設(shè)計安裝了消諧裝置。經(jīng)分析對比后，最終選用WNXIII-10B型消諧裝置來限制鐵磁諧振。2004年投運(yùn)至今，裝于“前廣線”側(cè)的消諧裝置累計消除諧振733次；2013年改蘆醫(yī)廟供電后的“蘆廣線”側(cè)消諧裝置累計消除諧振149次。運(yùn)行實踐表明，該發(fā)射臺在電壓互感器開口三角繞組端口接入消諧裝置，可以迅速消除諧振，或有效地限制鐵磁諧振引起的過電壓，保護(hù)電壓互感器免受損壞，在一定程度上提高了供電可靠性，保障了發(fā)射臺用電設(shè)備的安全運(yùn)行。

3 郭景武，張榮新.消諧裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用分析［J］.天津電力技術(shù)，2005，26（S1）：24-26.

1 劉新東.10-35 kV配電網(wǎng)鐵磁諧振過電壓的表現(xiàn)形式及消除措施［J］.電工技術(shù)，2000，11（6）：45-46.

2 代 姚.配電網(wǎng)鐵磁諧振及弧光接地過電壓特征識別與抑制方法［D］.重慶：重慶大學(xué)，2010.

2015-07-23；

2015-10-26。

夏更生（1963-），男，副高級工程師，主要從事動力設(shè)備的安全運(yùn)行、設(shè)備管理以及人員培訓(xùn)和班組建設(shè)等方面工作，email：422307228@qq.com。

李 巖（1982-），女，助理工程師，主要從事變電運(yùn)行、維護(hù)技改等相關(guān)工作。

閆玉寬（1972-），男，大專，主要從事變電運(yùn)行工作。