CN104659786B - 一种配电网与用电设备谐振的隔离消除装置及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配电网与用电设备谐振的隔离消除装置及使用方法，它包括主电感线圈（1），主电感线圈（1）与调谐元件（T）和保护元件（2）并联，其使用方法为1、将配电网与用电设备谐振的隔离消除装置串联在配电网与用户之间的供电馈线上；2、通过主电感线圈（1）与调谐元件（T）的调谐，在谐振频带上产生阻抗，消除谐振的参数配合条件，以消除配电网与用电设备的谐振；解决了现有的谐振消除措施在分析、辨识、实施上的困难，以及随电网运行方式变化而失效的等问题，具有措施简单、实施方便、适应性强的特点。

Description

一种配电网与用电设备谐振的隔离消除装置及使用方法
技术领域
本发明属于电网谐振过电压领域，涉及非线性负荷设备导致配电网谐振过电压的防控技术，尤其涉及一种配电网与用电设备谐振的隔离消除装置及使用方法。
背景技术
谐振是电力系统电磁暂态过程中的现象。电力系统中存在许多电感性和电容性元件，当系统进行倒闸操作或发生故障时，这些电容、电感元件就可能产生谐振参数配合，形成的振荡回路。当系统存在非线性负载时（如电磁式电压互感器、电弧炉），在电弧炉起弧和灭弧时，或受到某些大的冲击扰动如不同期合闸，或在接地故障消失之后，或容性及感性设备合闸涌流，在形成谐振参数配合的电路中将产生暂时的谐振过电压，对电力供应和电气设备安全构成威胁。
这种暂时的谐振过电压，还可能使得非线性电感铁芯线圈发生饱和，使励磁电流的波形畸变，将工频电流能量转化为谐波能量，由此产生的谐波会成为引发谐振的谐波源，谐波源又激发谐振回路，形成稳态的谐振过电压，即铁磁谐振过电压。铁磁谐振出现时的过电压和过电流会引起绝缘闪络，引发停电事故；严重时甚至发生设备烧毁，避雷器爆炸事故，威胁到电网安全运行。因此研究谐振及其防护措施对防止设备绝缘损坏事故、保障电网的安全运行有着重要作用。
特别地，非线性负荷的用电设备容易激发配电网谐振，非线性用户如电弧炉负荷，电力机车负荷，由于负荷的非线性，本身就释放大量的谐波，容易引发谐振，其次非线性负荷又是冲击性负荷，电弧炉起弧时刻，电力机车的启动，对电网形成冲击，容易激发配电网谐振。
通常谐振防治大致可以分成两类：方法之一是接入阻尼电阻，增大回路阻尼，该方法增大了回路阻尼，同时也增加了设备正常运行时系统损耗；方法之二是改变电网参数，在发生谐振的频率点上破坏其谐振的参数条件，这种方法，只适用于电网运行方式变化较小，电网参数条件变化较小的情况，如果电网运行方式发生变化，电网参数又有可能移动到谐振频率点上，又会出现谐振。并且，这两种方法，都需要在发生谐振的设备上实施措施，即，必须正确识别导致谐振过电压事故的设备后，上述两种方法才能够在该设备上实施，由于电网设备众多，事故分析和辨识很困难，因此措施的实施也存在较大的困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题：提供一种配电网与用电设备谐振的隔离消除装置及使用方法，本发明所述的装置串联在配电网与用户之间的供电馈线上，通过对配电网与用电设备相互形成的谐振进行有效的隔离；解决现有技术的谐振消除措施在分析、辨识、实施上的困难，以及随电网运行方式变化而失效的等问题，具有措施简单、实施方便、适应性强的特点。
本发明技术方案：
一种配电网与用电设备谐振的隔离消除装置，它包括主电感线圈，主电感线圈与调谐元件和保护元件并联组成配电网与用电设备谐振的隔离消除装置。
调谐元件包括调谐电感，调谐电感与第二调谐电容和调谐电阻串联后与第一调谐电容并联。
第一调谐电容和第二调谐电容分别采用30kV-180kV耐压的薄膜介质电容器。
调谐电感为绝缘绕组线圈绕制成的空芯线圈经过浸漆和灌封处理而成。
保护元件为氧化锌避雷器。
主电感线圈为裸铝扁线绕制而成，为一层以上并联无铁芯的空芯线圈，匝间用玻璃钢垫绝缘，径向层间用工字形撑条间隔。
主电感线圈用上下吊架夹持，有若干根玻璃钢绝缘螺杆和无磁性钢拉杆紧固。
主电感线圈匝间经过绝缘浸漆和热固化处理。
所述的一种配电网与用电设备谐振的隔离消除装置的使用方法，它包括下述步骤：
1、将配电网与用电设备谐振的隔离消除装置串联在配电网与用户之间的供电馈线上；
2、通过主电感线圈与调谐元件的调谐，在谐振频带上产生阻抗，消除谐振的参数配合条件，以消除配电网与用电设备的谐振。
本发明的有益效果：
本发明通过主电感线圈和调谐元件T的调谐，在谐振频带上产生阻抗，消除谐振的参数配合条件，可有效地消除了配电网与用电设备的谐振，而且本发明并不是在一个谐振频率点上破坏参数条件，而是在一个宽阔的频率段上破坏其谐振条件，即使电网参数发生较大变化，也能够避免谐振参数的配合，并且，本发明串联在电网与用户供电馈线上，隔离电网与用户的谐振条件，从而无需辨识导致谐振的用电设备，因此本发明具有措施简单、实施方便、适应性强的特点，解决了现有的谐振消除措施在分析、辨识、实施上的困难，以及随电网运行方式变化而失效的等问题。
附图说明：
图1 为本发明的原理结构框图；
图2为本发明装置的频率阻抗图。
具体实施方式
一种配电网与用电设备谐振的隔离消除装置，它包括（见图1）主电感线圈1，主电感线圈1与调谐元件T和保护元件2并联组成配电网与用电设备谐振的隔离消除装置。
通过包括主电感线圈1和调谐原件T的调谐，在谐振频带上产生阻抗，消除配电网与用电设备谐振的参数配合条件，有效消除配电网与用电设备的谐振。该装置频率阻抗图见图2所示
在谐振频带上产生较高的阻抗，对于工频电流呈低阻抗，对高频雷电电流呈低阻抗。
f1为阻带上限频率；
f2为阻带下限频率；
f0为调谐时几何中心频率；
为阻塞带宽
调谐元件T包括调谐电感4，调谐电感4与第二调谐电容5和调谐电阻6串联后与第一调谐电容3并联, 与主电感线圈1构成谐振电路，对谐振频率是高阻抗，对于工频电流呈低阻抗。其中第一调谐电容3和第二调谐电容5分别采用30kV-180kV耐压的薄膜介质电容器，使之装置具有很好的绝缘等级，调谐电感4用高绝缘绕组线圈绕制成空芯线圈，经浸漆和灌封处理，具有防潮和耐高电压性能。
各元件参数配合关系如下：
最小阻塞阻抗为：
其中为主电感线圈1的电感。
第一调谐电容3的电容量为：
其中为工频角速度，即，为50Hz 。
调谐电感4的电感量为:
第二调谐电容5的电容量为：
从上述公式可以得出装置在工频频率下，其阻抗值极小，不影响输电线路的送电性能。雷电波高频频段，其阻抗值也极小，不会影响微秒级的雷电波波头在馈电线路上传导，不会对线路及变电站的雷电防护性能构成影响。
保护元件2为氧化锌避雷器，将该装置所受到的雷电过电压及操作过电压限制在一定的范围，用以保护主电感线圈1和调谐装置T。
主电感线圈1为裸铝扁线绕制而成，为一层以上并联无铁芯的空芯线圈，匝间用玻璃钢垫绝缘，径向层间用工字形撑条间隔。匝数由内层向外层逐渐减少，导线截面由内层向外层逐渐加大，使之具有散热性能好、涡流损耗小、机械强度高、重量轻、外型尺寸小的特点。匝间采用玻璃钢垫绝缘，径向层间用工字形撑条间隔，经绝缘浸漆和热固化处理，线圈两端星形架由铝合金挤压型材制成，使它具有较高的机械强度、耐锈蚀和低损耗的特点；主电感线圈1用上下吊架夹持，用若干根玻璃钢绝缘螺杆和无磁性钢拉杆紧固，具有良好的整体强度、绝缘性能和抗老化性能。
一种配电网与用电设备谐振的隔离消除装置的使用方法，它包括下述方法：
1、将配电网与用电设备谐振的隔离消除装置串联在配电网与用户之间的供电馈线上；
2、通过主电感线圈1与调谐元件T的调谐，在谐振频带上产生阻抗，消除谐振的参数配合条件，以消除配电网与用电设备的谐振。
本发明根据谐振原理，LC电路发生谐振的条件为回路中感抗与容抗相等，当变电站供电母线出现谐振时，意味着从母线侧看出去的系统感抗与容抗相等。在变电站负荷馈线的出线侧串联一个电感元件L，破坏了回路中谐振条件，串联的电感，随着频率增高而感抗增大，串联的电容，随着频率增高而容抗减小，从而使回路在谐振频段呈感性，在避免了母线发生谐振因此，本发明具有如下的独有的特点：能够破坏配电网与用户设备之间相互的谐振参数配合，起到谐振隔离的作用，尤其是非线性负荷的用户电气设备与电网参数配合引起的谐振。能够在一个宽阔的谐振频段上破坏谐振参数配合，在不断变化电网运行条件下，也不会发生谐振。

Claims (8)

1.一种配电网与用电设备谐振的隔离消除装置，它包括主电感线圈（1），其特征在于：主电感线圈（1）与调谐元件（T）和保护元件（2）并联组成配电网与用电设备谐振的隔离消除装置，所述调谐元件（T）包括调谐电感（4），调谐电感（4）与第二调谐电容（5）和调谐电阻（6）串联后与第一调谐电容（3）并联。
2.根据权利要求1所述的一种配电网与用电设备谐振的隔离消除装置，其特征在于：第一调谐电容（3）和第二调谐电容（5）分别采用30kV-180kV耐压的薄膜介质电容器。
3.根据权利要求1所述的一种配电网与用电设备谐振的隔离消除装置，其特征在于：调谐电感（4）为绝缘绕组线圈绕制成的空芯线圈经过浸漆和灌封处理而成。
4.根据权利要求1所述的一种配电网与用电设备谐振的隔离消除装置，其特征在于：保护元件（2）为氧化锌避雷器。
5.根据权利要求1所述的一种配电网与用电设备谐振的隔离消除装置，其特征在于：主电感线圈（1）为裸铝扁线绕制而成，为一层以上并联无铁芯的空芯线圈，匝间用玻璃钢垫绝缘，径向层间用工字形撑条间隔。
6.根据权利要求1所述的一种配电网与用电设备谐振的隔离消除装置，其特征在于：主电感线圈（1）用上下吊架夹持，有若干根玻璃钢绝缘螺杆和无磁性钢拉杆紧固。
7.根据权利要求1所述的一种配电网与用电设备谐振的隔离消除装置，其特征在于：主电感线圈（1）匝间经过绝缘浸漆和热固化处理。
8.权利要求1所述的一种配电网与用电设备谐振的隔离消除装置的使用方法，其特征在于：它包括下述步骤：
将配电网与用电设备谐振的隔离消除装置串联在配电网与用户之间的供电馈线上；
通过主电感线圈（1）与调谐元件（T）的调谐，在谐振频带上产生阻抗，消除谐振的参数配合条件，以消除配电网与用电设备的谐振。
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