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單相接地故障與串聯諧振的辨識

2024-5-21  閱讀(555)

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諧波諧振是電力系統中較為常見的現象之一, 根據其造成危害的形式不同,可分為串聯諧振和并 聯諧振. 前者易引起過電壓現象,后者易引起過電 流危害. 諧振會進一步加重電壓、電流的畸變,有時 甚至會造成電力器件、相連接設備的損壞,引起系 統的安全性故障。

串聯諧振的基本特點電力系統是感性和容性元件的復雜組合,當系 統中某一節點或者支路出現非線性負荷時,極易引 起系統的諧振情況. 產生串聯諧振時,線路中的阻 抗最小,導致線路出現過電流現象[13]. 圖 1 給出了 k 倍工頻下的等效電源、阻抗示意 圖. 假設元件參數分別為 Vk = 1∠0°V 為固定值, R = 1 Ω,L = 10 mH,C = 20. 68 μF. 圖中的電感和電 容滿足:

1.png

很容易發現,此時電路中阻抗最小,電流與電 壓的關系為

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在諧振頻率下,品質因數 Q 接近于

3.png

式中: ωk 為諧振角頻率. 品質因數代表的含義為施 加在電感上的電壓對電源電壓放大的情況.

4.png

圖 2 給出了圖 1 所示電路的阻抗、相角隨頻率 變化的曲線. 當頻率小于 350 Hz 時,電路呈容性; 大于 350 Hz 時,電 路 呈 感 性. 即 可 認 為 電 路 在 350 Hz( 7 次諧波) 時發生了串聯諧振. 此時品質因 數Q = 219. 91,電感和電容的電壓嚴重放大.

5.png

支路法原理

  支路( 元件) 是電路中最小的組成部分,不論 是串聯諧振還是并聯諧振,都是從某一支路( 元 件) 出現過壓或過流現象得出的結論. 另外,從支 路的角度衡量諧振的發生,不僅具有檢查裝置過電 流、過電壓的情況,而且對校驗裝置的安裝、規劃具 有指導作用. 因此,串聯諧振的發生和支路密切相 關,而非僅僅只有節點或者回路. 典型的串聯諧振 等效電路見圖 3.

6.png

對于一個復雜的線性網絡,選擇某一待考察支 路,將其與網絡的其他部分進行聯合. 步驟如下:

  步驟 1 將系統中的電壓源或電流源置 0;

  步驟 2 將系統的線路、元件參數按諧波阻抗 ( 在頻率f下) 進行處理,其中包括: 發電機、負荷、 濾波器等;

  步驟 3 對除去考察支路的網絡求取其在頻 率 f 下的等效阻抗;

  步驟 4 串聯一個頻率為 f,幅值為 1 單位的 諧波電壓源,得到此時支路的電流;

  步驟 5 判定 f 是否大于考察頻率范圍,若是, 停止; 若否,將 f = f + Δf 代入步驟 3 繼續進行.

  測試系統 串聯諧振時,只要有一個很小的諧波電壓在相 關的支路上串聯,就會在該支路以及系統中引起非 常大的諧波電流. 本文首先選用圖 4 所示的三母線 測試系統,其參數如表 1 所示,利用第 2 節提到的 支路法進行測試.

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