【正文】 諧振分析模型和準確確定參與諧振的參數(shù)是很重要的?！⑾到y(tǒng)模型轉(zhuǎn)化為能在計算機上計算的仿真模型，在計算機上進行試驗研究，就稱為計算機仿真，又稱數(shù)字仿真。試驗方法顯然有它的局限性。到目前為止，國內(nèi)對于TV諧振的數(shù)值仿真計算研究可分為兩大類：一是在最簡化的模型基礎(chǔ)上，用高一些擬定的參數(shù)進行計算得出有關(guān)TV諧振的規(guī)律，可以認為國內(nèi)現(xiàn)有的數(shù)值仿真多是作理論上的研究，還沒有進入實際應(yīng)用領(lǐng)域；另一類則是采用美國幫納維爾電力局（BPA）編制的電磁暫態(tài)過程技術(shù)程序EMTP，它是當(dāng)今世界上應(yīng)用最廣泛的研究電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的程序，是目前國際通用的數(shù)學(xué)程序。數(shù)值仿真計算方法的應(yīng)用極大地促進了ＴＶ諧振的研究，但是現(xiàn)有的仿真計算還存在很多實際的問題，需要作進一步的研究。該消諧裝置能消除高頻諧振、基頻諧振、1/2分頻諧振、1/3分頻諧振。當(dāng)系統(tǒng)進行操作或發(fā)生故障時，系統(tǒng)中的電感、電容元件可形成多種頻率的振蕩回路。諧振是一種穩(wěn)態(tài)性質(zhì)的現(xiàn)象，雖然在某些情況下，諧振現(xiàn)象不能自保持，在發(fā)生后進一段短暫的時間，會自動消失，但也可能穩(wěn)定存在，直到諧振條件受到破壞為止。當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生諧振時，可能因持續(xù)的過電壓而危及電氣設(shè)備的絕緣，或因持續(xù)的過電流而燒毀小容量的電感元件設(shè)備，還可能影響過電壓保護裝置的工作條件，如影響閥式避雷器的滅弧條件。在35ＫＶ及以下的電網(wǎng)中，由諧振造成的事故較多，需要特別重視。電力系統(tǒng)中的有功負荷時阻尼振蕩和限制諧振過電壓的有利因素，所以通常只有在空載或輕載的情況下才會發(fā)生諧振。在不同電壓等級、不同結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中可以產(chǎn)生不同類型的諧振過電壓。因此，隨著振蕩回路中電感元件的特性不同，諧振將呈現(xiàn)三種不同個的類型：（１） 線性諧振。在交流電源的作用下，當(dāng)系統(tǒng)自振頻率等于或接近電源頻率時，將產(chǎn)生線性諧振現(xiàn)象。諧振回路由帶鐵心的電感元件（如空載變壓器、電壓互感器）和系統(tǒng)中的電容元件組成。（３） 參數(shù)諧振。當(dāng)參數(shù)配合恰當(dāng)時，通過電感的周期性變化，不斷向諧振系統(tǒng)輸送能量，將會造成參數(shù)諧振。這時即使是在穩(wěn)態(tài)也可能在電感或電容元件上產(chǎn)生很高的過電壓，因此串聯(lián)諧振也稱作電壓諧振。圖21串聯(lián)線性諧振電路設(shè)電源電壓為，Ｒ為回路的阻尼電阻，＝Ｒ/(2L)為回路的阻尼路。當(dāng)回路中電感電流和電容電壓的初始值為零時，可得出過渡過程中電容C上的電壓為 （21） 式中，及為電容電壓穩(wěn)態(tài)分量的有效值及初相角，可由電路穩(wěn)態(tài)計算得到。這種并未諧振而在電感和電容上出現(xiàn)過電壓的現(xiàn)象稱為電感－電容效應(yīng)，簡稱電容效應(yīng)。實際電路比較復(fù)雜，有時可能具有一個以上的自振頻率，甚至電源中也可能包括有諧波，這時只要回路中的一個自振頻率與電源頻率或它的某一個諧波頻率相等或相近，這可能產(chǎn)生這個頻率下的線性諧振現(xiàn)象。在有電感和電容組成的振蕩回路中，如果存在一個振蕩性電流，則當(dāng)電流為最大值時，電容上的電壓為零值，此時磁能將達到最大值，電能則為零值；當(dāng)電流過零點時，電容上的電壓達最大值，此時電能將達最大值，而磁能下降為零。這樣，每經(jīng)過一次電流最大點就獲得了一次電流的增大和能量的增大的機會，從而使回路中的電流越來越大或電壓越來越高，即出現(xiàn)了電學(xué)的參數(shù)諧振現(xiàn)象。顯然只要電源每周期內(nèi)在Ｒ上消耗的能量大于沒周期內(nèi)外力輸入回路中的能量，諧振就不會發(fā)生了。對于凸極電機來說，當(dāng)轉(zhuǎn)子軸與一相繞組重合時，該相繞組的感抗最大，為（直軸電抗）；而當(dāng)轉(zhuǎn)子軸與該相繞組軸成正交時，該相繞組的感抗最小為。如果同步發(fā)電機接有容性負載，且線路的容抗參數(shù)與發(fā)電機感抗配合得當(dāng)，使電感－電容的自振頻率能和電感變化的頻率相適應(yīng)，即能滿足電流過零時電感增大，電流達到幅值時電感減小的條件，就可能引起工頻參數(shù)諧振。這種現(xiàn)象稱為電機的同步自勵磁，所產(chǎn)生的自勵磁過電壓稱為自激過電壓。在同步自勵磁時，電流和電壓將逐漸上升，如圖（23）所示。圖23同步自勵磁時定子電流變化曲線 圖24異步自勵磁時定子電流變化曲線如果電機處于異步狀態(tài)，則定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場將切割轉(zhuǎn)子繞組，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出周期性變化的電流，生成相應(yīng)的脈動磁場。這樣，定子的電流將具有拍頻的性質(zhì)，如圖（24）所示。由于余部自勵磁過電壓有拍振現(xiàn)象，其上升速度很快，已不能靠快速勵磁自動調(diào)節(jié)器來有效限制，因此出現(xiàn)異步自勵磁過電壓時必須用過電壓速斷保護立即將電機從系統(tǒng)中切除。如果不能滿足這一點，則應(yīng)避免發(fā)電機帶空載線路起動，例如可以在線路末端先接上帶負荷的電源，也可在線路上采用并聯(lián)電抗器來消除參數(shù)諧振條件。不過這種參數(shù)的變化是電源電能作用的結(jié)果，通常稱這種參數(shù)諧振為自參數(shù)諧振，以區(qū)別于前述外力使參數(shù)周期變化引起的諧振。由以上分析可知，參數(shù)諧振具有以下特點：（１） 諧振可以在無電源時出現(xiàn)。只要在諧振起始階段，回路中有某些啟示擾動，諧振就可能出現(xiàn)。因此，諧振出現(xiàn)后回路中的電流和電壓的幅值，理論上能趨于無窮大。（３） 鐵心電感的飽和是制約參數(shù)諧振過電壓和過電流幅值的主要因素。運行經(jīng)驗表明，在我國中性點不接地電網(wǎng)中，常有由于絕緣監(jiān)視用的電磁式電壓互感器引起的鐵磁諧振造成系統(tǒng)過電壓和TV中的過電流，導(dǎo)致瓷絕緣閃絡(luò)、避雷器爆炸、TV高壓熔斷等，甚至燒毀TV，嚴重影響了系統(tǒng)的而安全運行。從而為仿真模型基諧振檢測的提出提供理論依據(jù)。作近似分析時，忽略電路中的各種有功損耗，忽略電流電壓高次諧波，從而以允許用等值正弦波及向量圖進行分析。外加電壓的有效值等于電感和電容上電壓有效值之差。由于鐵芯線圈存在著有功損耗，電流、電壓波形是非正弦的，電路的總伏安特性并不能與橫軸相交，其實際伏安特性如圖（28）所示。當(dāng)電源電壓逐漸從零升高時，工作點從0點沿實際伏安特性移動。單相鐵磁諧振回路由完全不同于線性電路的一些特點，歸納如下：（１） 工作點具有躍變性質(zhì)線性電路中電壓的連續(xù)增減總是引起電流的連續(xù)增減，而在鐵磁諧振電路中電壓的連續(xù)增減卻可以引起電流的躍變。既然有兩個穩(wěn)定平衡點，那么電路究竟工作在哪一點呢？這要看平衡時怎么建立起來的。當(dāng)電源電壓為定值，電路經(jīng)開關(guān)突然合閘，由于受到?jīng)_擊度不同，工作點將會不同，沖擊程度高時工作點將在ｃ點，反之將在ａ點。（３） 共振范圍廣闊線性電路共振僅在很宰的范圍內(nèi)才會產(chǎn)生。圖29 鐵磁諧振伏安特性曲線由圖（29）看出，當(dāng)電容的伏安特與含鐵芯電感的伏安特性相交于一點時，就有產(chǎn)生鐵磁諧振的可能性。伏安特性沒有交點就意味著不會產(chǎn)生鐵磁諧振。顯而易見，這比線性電路的共振要廣闊的多。（４） 諧振的產(chǎn)生還要求有一定的外加電壓值 線性電路的共振與電源電壓值無關(guān)，只要電路參數(shù)互相配合，不管電源電壓的高與低，共振都會產(chǎn)生。這是因為帶鐵芯線圈的電感是隨電壓的高低而改變的，只有當(dāng)電壓大小合適，電感值才能與電容相匹配，才會發(fā)生諧振。高頻諧振是容易理解。 無論電源或非線性電感里都不含有分頻電勢，那么又怎么會產(chǎn)生分頻諧振呢？當(dāng)電路的狀態(tài)突然改變（例如合閘或發(fā)生短路）時，總會伴有自由分量，對含電感電容回路，如電路的阻尼率很小，自由分量總是表現(xiàn)為周期性振蕩。對于非線性電路，因疊加原理不再成立，也就是各種頻率的電流電壓是有聯(lián)系的，因此能夠從基波電勢向自由振蕩分量提供能量，如果所提供的能量足以抵消振蕩過程中消耗在阻尼中的能量，則自由振蕩就會長期維持下來而不衰減。由電路參數(shù)決定的自由振蕩頻率又怎會恰巧是電源頻率的整數(shù)分之一呢？這是因為帶鐵芯線圈的電感式可變的，電感的大小隨端電壓的大小而轉(zhuǎn)移，如果工作點的改變，帶鐵芯線圈的電感也自動諧振，如不能出現(xiàn)能量平衡條件，自由振蕩就會趨于消失，分頻諧振就不會出現(xiàn)。反之，光是電源電壓合適還不夠，還需要一定的激發(fā)條件才能出現(xiàn)諧振，則稱之為它激性質(zhì)諧振。一般基波諧振和高次諧波諧振有自激和它激的兩種可能，而分頻諧振卻只能由它激產(chǎn)生，這是因為電源電勢里沒有分頻分量，非線性電感元件在電源電勢作用下只能產(chǎn)生高次諧波電勢而不能產(chǎn)生諧波電勢，所以分頻諧振只能由自由分量轉(zhuǎn)化得來，而自由分量只能在激發(fā)條件下才會出現(xiàn)。由于TV的非線性特性，電感值不是常數(shù)，在交流電源作用下會發(fā)生波形畸變現(xiàn)象，因此回路沒有固定的諧振頻率。也就是分次諧波諧振發(fā)生諧振的頻率f0，實際上是有振蕩回路的等值電感L0和等值電容C0來決定，即 （210） （211）式中為諧振角頻率。（1）高頻諧振高頻諧振是指:頻振波的頻率大于50HZ。這里以三次諧波諧振為例說明高頻諧振，它的頻率是150HZ?；l西藏通常表現(xiàn)為二相電壓升高，一相電壓降低。但是，當(dāng)系統(tǒng)受到某種沖擊時，例如斷路器向母線合閘，則因電壓互感器的三相繞組受到?jīng)_擊的程度不同，三相繞組的飽和程度也將各不相同，各相綜合阻抗也就各不相同，從而形成了不平和的三相負荷，導(dǎo)致電源變壓器的中性點發(fā)生位移。1/3分次諧波諧振是指：諧振波的頻率通常約是17HZ。對含有電感和電容的電路自由分量常常表現(xiàn)為自由振蕩的性質(zhì)，此自由振蕩的周期取決于電路的參數(shù)。 電壓互感器飽和引起的過電壓只與零序參數(shù)有關(guān)，故導(dǎo)線的相間電容、改善功率因數(shù)的電容器組，電網(wǎng)內(nèi)負載變壓器及其有功和無功負荷對這種電壓都不起任何作用。然而，在許多情況下基波諧振表現(xiàn)為兩相電壓接近于倍，開口三角電壓接近于1倍，即形成所謂“虛幻接地”現(xiàn)象。系統(tǒng)發(fā)生單相接地和諧振接地時都將出現(xiàn)零序電壓。因為諧振接地，不同于單相接地，系統(tǒng)單相接地時線路的零序電流為電容電流，數(shù)值較大。這可為判斷單相接地和諧振接地的區(qū)別之一?？偟膩碚f當(dāng)系統(tǒng)零序電壓越限后，先對零序電壓進行鑒頻，判斷其所含周波次數(shù)，當(dāng)為分頻時可判斷為諧振；當(dāng)為基頻時，進一步判斷各線路零序電流的大小，當(dāng)各線路零序電流較大時認為是單相接地，否則可以認為是諧振。主要的消諧方法有以下幾種：（１） 改善TV的勵磁特性。事實上，消除諧振最根本的方法是該用電容式電壓互感器或光纖式電壓互感器。同一電網(wǎng)中，并聯(lián)運行的TV臺數(shù)越多，網(wǎng)絡(luò)總的勵磁特性就越容易飽和，總的伏安特性會變差，TV諧振也就越容易發(fā)生。因此，除在電壓側(cè)為了監(jiān)視絕緣而必須將TV高壓側(cè)中性點接地外，其它的TV特別是用戶的TV盡可能不接地。增加對地電容式回路參數(shù)超出諧振的范圍，可避免TV諧振。因為如果系統(tǒng)中有多臺TV中性點接地，則需增裝電容量很大，這種方式則不合適。（４） 系統(tǒng)中性點經(jīng)消弧線圈接地。而且，還可以限制流過TV的大電流，使TV熔絲不被燒毀。此外，消弧線圈自身的維護和整定還需要不斷完善。中性點經(jīng)電阻接地可以限制諧振時的過電壓水平，減小諧振產(chǎn)生的肯能性。中性點經(jīng)電阻接地可以降低過電壓水平。該方法中串入的電阻實際上等價于每相對地串接，也就是在諧振的串聯(lián)諧振回路中串入電阻。雖然電阻值越大，抑制諧振效果越好，但阻值太大會影響系統(tǒng)接地保護的靈敏度，電壓互感器中性點電位要抬高，有可能超過絕緣電壓互感器中性點的絕緣水平。由于三相TV開口三角接成短路后零序阻抗極小，零序電壓幾乎全部分在單相TV上，分在三相TV上的電壓不具有諧振激發(fā)條件，故不會發(fā)生西藏過電壓，但是為了不使變電站中性點串單相TV失去作用，采用這種方法時，中性點不應(yīng)接地（７） 在TV高壓側(cè)中性點串接電阻接地。由于其阻值較大，使通過TV繞組的電流受到限制，從而降低了TV的飽和程度。缺點是電阻太大，會使開口三角電壓太低，影響及誒的指示靈敏度以及保護裝置的正確動作，另外阻值的選擇還受到中性點絕緣水平的限制，如果電阻太大，相當(dāng)于電網(wǎng)單相接地時，大部分零序電壓降落在電阻上。若電阻趨向于零，則互感器中性點直接接地等于沒有限制措施。（８） TV二次側(cè)開口三角繞組接阻尼電阻。當(dāng)開口三角繞組的阻尼電阻為零時，即將開口三角形繞組短接，則TV三相電感值就變成漏感，其數(shù)值三相相等，TV飽和過電壓也就不存在了。這類消諧措施對非諧振區(qū)域內(nèi)流過TV的大電流不起限制作用。這種方式能正確區(qū)分諧振和單相接地或弧光接地。即當(dāng)發(fā)生鐵磁諧振時，短接開口三角繞組，消耗能量限制諧振。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生諧振時，以前的解決方法有在TV上串接200500W燈泡進行衰減。這樣在發(fā)生第一次諧振時，由于白熾燈的電絲處于冷態(tài)，電阻很小，可以較好的起到消諧作用。由于這種措施存在消諧的不穩(wěn)定性，所以在配電網(wǎng)中用的越來越少。以上措施對限制諧振都各有利弊，要么消諧效果不好，要么額外增加設(shè)備，增加電網(wǎng)節(jié)點，也就增加了電網(wǎng)的不穩(wěn)定性的幾率。裝置的接線圖如圖（31）所示圖31 裝置接線圖如圖（31）所示，消諧裝置接在TV的開口三角處。該裝置將對電壓互感器開口三角繞組電壓即零序電壓進行不間斷地循環(huán)檢測，在電力系統(tǒng)正常工作情況下，該電壓為零（即設(shè)定小于15V即為零），裝置內(nèi)的大功率消諧元件處于阻斷狀態(tài)，對系統(tǒng)無任何影響。如果是某種頻率的諧振，起動消諧電路，是諧振在強大的阻尼下迅速消失，同時裝置給出指示。最后，裝置返回到初始狀態(tài)，并繼續(xù)檢測開口三角電壓。圖32 總體結(jié)構(gòu)框圖（１） 零序電壓正序、負序、零序的出現(xiàn)時為了分析在電力系統(tǒng)電壓，電流出現(xiàn)不對稱現(xiàn)象時，把三相的不對稱分量分解成對稱分量（正、負序）及同向的零序分量。對于理想的電力系統(tǒng)，由于三相對稱，因此負序和零序分量的數(shù)值都為零。裝置通電并初始化后，只要開口三角電壓信號大于設(shè)定坎值15V，DSP便開始對開口三角電壓信號的頻率和幅值進行實時檢測。在裝置檢測到鐵磁諧振的同時，相應(yīng)的信號燈指示諧振類別，輸出諧振效果及報警信號。（２） 前置調(diào)理電路如圖（33）所示圖33 前置調(diào)理電路輸入信號為電壓互感器的開口三角繞組電壓，及零