說明電力系統諧振過電壓的產生原因
電力系統諧振過電壓是一種穩態或暫態的能量積聚現象,其表現為在系統特定部位出現遠高于額定電壓的過電壓。這種過電壓可能持續較長時間,對電氣設備的絕緣構成嚴重威脅。其產生的根本原因在于系統中電感與電容元件參數的不利配合,在特定條件下形成了諧振回路。
一、根本原因:存在諧振回路
電力系統本身包含大量感性和容性元件。
1、電感元件(l):如變壓器、電抗器、發電機的勵磁電感。
2、電容元件(c):如輸電線路的對地電容和相間電容、并聯電容器組、高壓設備的雜散電容。
這些元件通過系統連接,自然構成了多個潛在的lc振蕩回路。例如,變壓器的勵磁電感與線路對地電容可以構成一個串聯或并聯回路。
二、直接原因:激發條件
1、外部激勵源:
暫態沖擊:系統操作是常見的激發源,如線路開關合閘或分閘、切除負荷等。這些操作會產生包含多種頻率分量的暫態電壓或電流。
諧波源:非線性負載(如電弧爐、整流設備)產生的諧波電流,也是一種持續的激勵源。
2、諧振條件:
當外部激勵源中包含的頻率分量,與系統中某一lc回路的固有自振頻率相等或接近時,即滿足電氣諧振條件。
三、諧振過電壓的主要類型及具體成因
1、線性諧振過電壓
成因:發生在由恒定參數的線性電感(如線路電抗器、變壓器漏感)和線性電容(如線路對地電容)構成的回路中。
特點:只要系統自振頻率與電源的諧波頻率匹配,就會在穩態運行時發生。其過電壓幅值較高,且可持續存在。
2、鐵磁諧振過電壓(非線性諧振)
成因:這是中最常見和危險的一種?;芈分械碾姼惺呛F芯的非線性電感(如變壓器的勵磁電感)。鐵芯電感的值會隨磁飽和程度而劇烈變化。
電力系統諧振過電壓的產生,是一個由系統結構和外部激勵共同決定的動態過程。其核心機制是:當外部激勵的頻率與系統固有振蕩頻率匹配時,回路阻抗發生極端變化(趨于零或無窮大),導致有限的激勵能量在電感和電容之間反復交換并被放大,最終表現為危險的過電壓。
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