电力系统铁磁谐振过电压的产生及消除防范对策.
浅析电力系统铁磁谐振
过电压的产生及消除防范对策
摘要：利用图解法对非线性振荡回路中电流变化时 ,感性负载、容性负载电压的变化特性进行了分析，得出铁磁谐振过电压产生的原因 , 指出对电气设备造成的危害和铁磁谐振发生的现象 , 提出了消除这种过电压的方法和防范对策。
关键词：电力系统；铁磁谐振；理论分析；对策
引言
铁磁谐振是电力系统中常见的现象之一 , 谐振过电压事故也屡有发生。电力系统中存在着许多电感和电容元件, 当系统进行操作或发生故障时, 这些电感和电容元件可能构成各种振荡回路, 在一定条件下会产生谐振现象, 从而导致系统的某些部分或元件出现严重的过电压, 危及电气设备的安全, 影响保护装置的可靠性。如果满足一定条件，就可能激发持续时间较长的铁磁谐振过电压。
铁磁谐振过电压可以是基波谐振 , 可以是高次谐波谐振 , 也可以是分频谐振。中性点不接地系统中比较常见的发生铁磁谐振过电压的情
况有 :接有电磁式电压互感器的空载母线;配电变压器高压线圈对地短路 ; 用电磁式电压互感器在高压侧进行双电源的定相 ; 输电线路一相断线后一端接地以及开关非同步动作等。
铁磁谐振过电压可以在 3～330KV 的任何系统中 , 甚至在有载长线的情况下发生 , 过电压幅值一般不超过 1. 5～2.5Uxg (最高运行相电压, 个别可达 3.5 Uxg; 谐振过电压持续时间长 , 可达十分之几秒以上 , 甚至可能长期存在 , 因此不能用避雷器限制。
铁磁谐振过电压的表现形式可能是单相、两相或三相对地电压升高 , 出现虚幻接地现象或不正确的接地指示; 或者高 , 或以低频摆动 , 引起绝缘闪络或避雷器爆炸; 或产生高次谐波在互感器中出现过电流 , 引起熔断器熔断或互感器烧毁等。
1铁磁谐振过电压产生的原因
电磁式电压互感器引起的谐振过电压, 从本质上讲是由于电磁式电压互感器的非线性励磁电感与系统的对地电容构成的铁磁谐振引起的电网中性点不稳定现象。
铁磁谐振过电压产生的必要和充分条件为:
(1 系统电源中性点对地绝缘。
(2 电压互感器的一次线圈中性点直接接地, 开口三角零序电压线圈为开路状态。
(3 电网的对地电容与互感器的励磁电感相匹配, 且初始感抗大于容抗(X L > X C。
(4 具有一定的外界“突发”条件。
在中性点不接地的系统中,由于运行设备发生故障和切换操作因素,或者某一特定条件下电路参数发生变化,达到谐振条件即会形成铁磁谐振现象,产生谐振过电压,危及电气设备绝缘,使绝缘闪络或击穿,设备短路、起火或爆炸,迫使保护动作和开关跳闸。具体原因一般有以下几种情况。
1.1对空载母线充电引起铁磁谐振过电压
向空载母线送电操作之前,如果先投入母线电压互感器,然后启用电源变压器对母线充电,由于母线对地电容和电压互感器感抗构成振荡回路。容抗与感抗的数值接近相等时将会引起铁磁谐振过电压现象,产生谐振过电压。
1.2单相接地产生铁磁谐振过电压
在中性点不接地的系统中,母线负荷出线由于绝缘闪络导致击穿,发生弧光接地,导线烧断,靠近电源侧一端掉在地面上,出线两相运行。这时出线所接变压器激磁阻抗与电路电容发生变化,形成串联谐振回路,当非故障两相的等效电感和电容并联后而呈容性,整个供电系统即形成串联,不会产生串联谐振,当呈感性时与故障相对地电容参数接近时则产生谐振过电压传递至母线上,导致母线电压互感器产生铁磁谐振过电压。
1.3电压互感器铁心饱和产生谐振过电压
电压互感器铁磁谐振将引起电压互感器铁心饱和,产生饱和过电压。在电压互感器铁磁谐振出现较为频繁,任何一种铁磁谐振过电压的产生,对系统电感、电容参数都有一定要求,而且需要有一定的外界“激发”,电压互感器铁磁谐振也是如此。当用断路器对只带电压互感器的空母线突然合闸,或者母线发生单相接地的情况下,均能产生谐振过电压。电源的突然投入,电压互感器一次电流增大,出现很大的励磁涌流,严重时可达到额定励磁电流的百倍以上,诱发电压互感器过电压。另外 ,由于电压互感器激磁电抗的非线性或各相激磁特性的差异,致使两相励磁电流突增,也会使其饱和产生谐振现象,出现过电压。
图1 非线性振荡回路图
2串联铁磁谐振原理分析
在图1中,L为带有铁芯的电感,即非线性电感,C 为电容,R 为电阻。当开关 K合闸后 , 回路微分方程式可写为 :
dΨ/dt+iR+1/C∫idt= U(t
式中Ψ —与非线性电感线圈所匝链的磁链 ;
i —回路中电流的瞬时值。
解这样的微分方程是很复杂的,所以一般均采用图解法计算 , 同时在计算中假设:
(1电源电压和回路中各元件的电压、电流都是正弦波,为此可以利用电压、电流有效值的概念 ;
(2铁芯线圈的伏安特性 UL =f (I 可以代替它的励磁曲线 ;
(3 回路中的电阻为零。
于是 , 图 1 的回路方程可以简化了 , 对每一稳态来说 , 可写成 U = UL + UC (1
式中U —电源电压 ;
UL —非线性电感上的电压;UC —电容 C上的电压。
我们知道,电压 UL和UC相差180°,若UL>UC,则回路中的电流呈感性;反之,则呈容性。如果取感性电流为正 , 容性电流为负 , 由式 (1可改写为 : ±UL = U + UC
或 ±UL = U +IXC (2
式中左侧部分的正号相当于感性的工作状态 , 负号相当于容性的工作状态;I是回路中的电流,XC =1/ωC,是回路电容 C 所表现的容抗。
将式 (2 的左右两部分绘于图 2。
图2 电压、电流关系图
等式的右面部分是一条直线,它和纵轴相交于(0, U点,和横轴的夹角为α,且tgα =1/ωC
如将该直线向左延长,则它与横轴交于(Iλ,0点,而Iλ =U/-tgα
= -ωCU
显然,Iλ 就是电源电压 U 作用下流过电容 C的充电电流。式 (2 左面部分UL =fL(I 是一条给定的曲线,它的形状相当于铁磁体励磁曲线的形状。
曲线UL =fL(I和直线 U + UC =f(I的交点,满足于式 (2 的条件,亦即是该式的解答。
由图 2 可见,当回路中的电容C小时,U + UC=f (I 的斜率tgα =1/ωC大 , 如直线1; 它和曲线UL =fL (I只有一个交点,这个交点在电流为负的区域内,即对应于电容电流。当回路中的电容 C大时 , U + UC =f (I 的斜率tgα =1/ωC小 , 如直线 3;它和曲线 UL =fL (I 有三个交点;其中两个在曲线的上半部分(b及c点,一个在下半部分 (a点。前两个交点 b 和 c 在电流为正的区域内 , 对应于电感电流 , 此时电源电压与电感上的电压同相,即UL-UC=U; 后一个交点 a 在电流为负的区域内,对应于电容电流,此时电源电压与电容上的电压同相,即UC-UL=U。但这三个交点(a、b、c 所对应的
工作状态都是稳定的,因此不能在实际中出现。
通常,检验解答是否稳定的方法,是研究电流有不大的变动情况下的
回路特性。在稳定状态下,当电流有小的变化时,回路能够恢复到原来的起始状态;在不稳定的状态下,任何小的电流变动,将使得回路越来越远地离开平衡状态。
图 2中的b点,处在电流为正的区域内,即对应于电感电流,此 UL-
UC=U0。若电流有小的增加时,电感上的电压将比电容上的电压以更快
的速率增加。这就是说,电感与电容上的电压值差增加,因此要求电源电压增加,设电源是无限大的电源,其电压将保持不变,故使电流减小,所以
回路在最后总能回到原来的起始状态。若电流减小时,也有类似的现象,所以b点相当于回路的稳定状态。
当回路工作在c点时,则有相反的关系。若电流有小的增加 , 电容上的电压将比电感上的电压以更快的速率增加,因此要求电源电压减少,由于电源电压不变,所以回路中的电流将越来越大,于是回路越来越远地离开稳定状态,故 c 点是不稳定的。
不难看出,a点相当于稳定状态。因为 a 点处在电流为负的区域 , 对应于电容电流,此时UC -UL = U,当电流向更负的方向增加时,电容上的电压将比电感上的电压以更快的速率增加,由于电源电流不变 , 所以回路中的电流越来越小,最后能回到原来的起始位置。当电流在负的方向上减少时,也有类似的现象,故 a点是一个稳态工作点。
通过上述分析,我们可以知道,在这种情况下,可能有两个稳定状态:一个是b点,此时有比较小的电压和滞后的电流;另一个是a点 ,此时有比较大的电压和超前的电流。如果在工作点c, 由于某一种原因,电流或电源电压有较大的增加,当达到某一限度时,稳定将破坏 , 电压、电流的骤增将导致铁磁元件损坏以及系统绝缘遭到破坏的后果。
3铁磁谐振过电压的危害
3.1谐振时,电压互感器一次线圈通过电流较大,一次侧熔断器尚未熔断时,可能使电压互感器喷油、线圈烧毁甚至爆炸,从而引起开关跳闸造成大范围停电,破坏系统的正常工作,给电网的安全运行带来极大的威胁。
3.2引起母线三相、二相及单相对地电压升高,形成过电压使母线绝缘套管或其他设备发生闪络和损坏,避雷器爆炸等事故。
3.3谐振时,电压互感器一次侧熔断器熔断后可能造成母线低电压保护误动,母线负荷误跳闸或厂用电误动,联动不成功时,将造成发电厂被迫停机、停炉等严重事故。
4铁磁谐振发生的现象
4.1电压互感器发生基波谐振时,某一相电压降低,但不为零 , 其余两相对地电压升高,大于线电压;开口三角形线圈电压超过 100 V。
4.2电压互感器发生分频谐振时,三相电压同时或依次轮流升高 , 电压表指针在相同范围内低频摆动(每秒一次左右,一般不超过2倍相电压开口三角形线圈电压一般在 85～95 V 之间,也有超过 100 V 的情况。
4.3高次谐波谐振时,三相电压同时升高,升高数值大于线电压, 一般不超过 3～3.5 倍相电压开口三角形线圈电压超过 100 V。
4.4发生电压互感器谐振时 , 线电压指示不变。
4.5谐振时,可能引起电压互感器高压侧熔断器熔断,低电压保护误动作。
实际运行中发生谐振时,结合以上现象或将运行记录与谐振范围曲线相结合即可判定系统出现的是何种频率谐振,也可以根据故障录波器进行判断,以便及时进行妥善处理,防止事故扩大。
5防范铁磁谐振的措施
1、在TV开口三角绕组两端连接一适当数值的阻尼电阻R，R约为几十欧（R=0.45XL，XL为回路归算到TV二次侧的工频激磁感抗）。
2、使用电容式电压互感器或在母线上接入一定大小的电容器，使XC/XL＜0.01，就可避免谐振。
3、改变操作顺序。如为避免变压器中性点过电压，向母线充电前，先合上变压器中性点的接地开关，送电后再拉开或先合线路断路器再向母线充电等。
4、同一母线上的电压互感器 , 应选用励磁特性相同的电压互感器。
5、在电压互感器高压绕组的中性点上接电阻 , 可抑制或消除因电压互感器饱和所引起的铁磁谐振。
6结束语
通过对现场实际中可能遇见的几种常见的铁磁谐振过电压的分析，使我弄清了铁磁谐振产生的物理过程，以及影响这几种谐振过电压的因素，为我在今后的工作中进一步预防和限制铁磁谐振过电压的产生提供了帮助，确保变电站安全运行。本文的分析还有一定的局限性，敬请专家批评指导。
参考文献
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[2]刘宝忠、崔艳《铁磁谐振过电压分析与消除防范对策》
东北电力技术
[3]《变电设备管理与运行维护》江苏省电力公司运营部编印
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铁磁谐振的规程
电力系统铁磁谐振过电压防护规程 电力系统中存在着许多储能元件，当系统进行操作或发生故障时，变压器、互感器等含铁芯元件的非线性电感元件与系统中电容串联可能引起铁磁谐振，对电力系统安全运行构成危害。在中性点不接地的非直接接地系统中，铁磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压是常见的，是造成事故较多的一种内部过电压。这种过电压轻则使电压互感器一次熔丝熔断，重则烧毁电压互感器，甚至炸毁瓷绝缘子及避雷器造成系统停运。在一定的电源作用下会产生串联谐振现象，导致系统中出现严重的谐振过电压。1 电压互感器引起铁磁谐振的原因分析在中性点不接地系统中，为了监视对地绝缘，母线上常接有Y接线的电磁式电压互感器，如图1所示，图中u0为电源电势，C为线路等设备的对地电容，L为电压互感器激磁电感，R0为中性点串联消谐电阻。在正常运行状态下电压互感器励磁感抗很大，其数值范围在兆殴级以上且各相对称。C数值视线路长短而定，线路愈长容抗愈小，即以1 km线路而言，其每相对地电容约0.004μF ，故其容抗小于1 MΩ，所以整个网络对地仍呈容性且基本对称，电网中性点的位移电压很小,接近地电位。但电压互感器的励磁电感随通过的电流大小而变化，其U-I特性如图2所示。 由图2可见，曲线的起始一段接近直线，其电感相应地保持常数。当激磁电流过大时，铁芯饱和，则L值随之大大降低。正常运行时铁芯工作在直线范围，当系统中出现某些波动，如电压互感器突然合闸的巨大涌流、线路瞬间单相弧光接地等，使电压互感器发生三相不同程度的饱和，以至破坏了电网的对称，电网中性点就出现较高的位移电压，造成工频谐振或激发分频谐振。2 铁磁谐振的特点对于铁磁谐振电路，在相同的电源电势作用下，回路可能不只有一种稳定的工作状态。电路到底稳定在哪种工作状态，要看外界冲击引起的过渡过程的情况。TV的非线性铁磁特性是产生铁磁谐振的根本原因，但铁磁元件的饱和效应本身，也限制了过电压的幅值。此外回路损耗也使谐振过电压受到阻尼和限制。当回路电阻大于一定的数值时，就不会出现强烈的铁磁谐振过电压。串联谐振电路，产生铁磁谐振过电压的的必要条件是ω0 = 1/L0C＜ω。因此铁磁谐振可在很大的范围内发生。维持谐振振荡和抵偿回路电阻损耗的能量均由工频电源供给。为使工频能量转化为其它谐振频率的能量，其转化过程必须是周期性，且有节律的，即…1/2(1，2，3…)倍频率的谐振。铁磁谐振对TV的损坏，铁磁谐振(分频)一般应具备如下三个条件。铁磁式电压互感器(TV)的非线性效应，是产生铁磁谐振的主要原因。TV感抗为容抗的100倍以内，即参数匹配在谐振范围。要有激发条件，如投入和断开空载母线、TV突然合闸、单相接地突然消失、外界对系统的干扰或系统操作产生的过电压等。由前面分析可知，事故中具备了3个条件，才导致了此次事故。当良站10 kV系统发生单相接地时，故障点流过电容电流，未接地的两相B、C相电压升高31/2，对系统产生扰动，在这一瞬间电压突变过程中，TV高压线圈的非接地两相的励磁电流就要突然增大，甚至饱和，由此构成相间串联谐振。饱和后的TV励磁电感变小，系统网络对地阻抗趋于感性，此时若系统网络的对地电感与对地电容相匹配，就形成共振回路，激发各种铁磁谐振过电压。尤其是分频铁磁谐振可导致相电压低频摆动，励磁感抗成倍下降，产生过电压，过电压幅值可达到近2~3.5Ue以上，但此过电压达不到避雷器的动作电压1.7 kV，
电容式电压互感器铁磁谐振及抑制-精选资料
电容式电压互感器铁磁谐振及抑制 验。 前言 电容式电压互感器（简称CVT是一种十分重要的高压输变电设备，主要用 做电压测量和继电保护的信号取样装置，其电容分压器与阻波器结合且能兼作载 波通讯的滤波装置。它具有绝缘性能好，价格便宜等优点。 还能避免因电磁式电 压互感器与开关并联电容所产生的谐振过电压。因此，CVT 日渐被电网所接受， 在我省110kV及以上变电站的415台电压互感器中CVT占 206 台。 但是目前我国生产CVT厂家逐渐增多，有些制造厂对某些技 术并没有完全掌 握，生产出厂的CVT在运行中暴露出不少的问题。最常见的 问题是发生自身谐振。 严重的CVT自身谐振事故，导致CVT损坏并退出运行。 1、国内采用的几种阻尼装置的工作机理 1. 1CVT的自身谐振机理 CVT本身的等值电路中就含有电容和非线性电感。具有发生
串联谐振条件。 在图1 中，当发生一次侧突然合闸或二次侧短路、又突然消 除等冲击时，过 渡过程中产生的过电压会使中间变压器的铁心出现饱和，励磁电感Lm呈非线性 下降，回路的固有频率 上升（Lm为中间变压器励磁电感,C为等值电容）可达到额定频率的1／2，1／3， 1/5……；此时，可能 出现某一分数次谐波振荡，最常见的是1／3 次谐波振荡，假如回路中不存在阻 尼，或阻尼参数不当。由于电源不断地供给能量，分数次铁磁谐振就会持续下去， 谐振过电压的幅值可能达到额定电压的2?3倍。这个非真实的电压信号传到 次测量仪表和继电保护装置，将导致误指示或误动作，此外持续的过电压作用， 将危害互感器的绝缘。因此CVT在制造时，必须设置阻尼装置，以抑制铁磁谐振， 否则不能投入运行，这是电力部反事故措施一再强调的。 1．2 几种阻尼装置的优缺点 1．2．1 纯电阻阻尼器 纯电阻阻尼器在剩余电压绕组的输出端长期接入固定电阻，这种阻尼装置结 构简单，过去老式CVT使用较多。其缺点是功率消耗较大，影响测量准确度和
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浅析铁磁谐振现象产生的原因和消除措施 摘要：高压系统谐振过电压是电力系统常见的故障现象之一，其实质是电磁式电压互感器励磁特性饱和，在特定的运行条件下激发铁磁谐振，从而电力设备和系统安全运行带来危害。文章从故障实例入手，分析了铁磁谐振产生的机理、类型以及铁磁谐振的特性，并提出多种消除谐振的措施。 关键词：铁磁谐振；过电压；产生条件；影响因素；消除措施 高压系统谐振过电压是电力系统常见的故障现象之一，其实质是电磁式电压互感器（以下简称TV）励磁特性饱和，在特定的运行条件下激发铁磁谐振。由于谐振时会产生很高的过电压，危及电力设备和系统安全运行，因此必须采取有效的消除和防护措施。 电力系统的铁磁谐振可分两大类：一类是在66 kV及以下中性点不接地系统中，由于对地容抗与电磁式电压互感器励磁感抗的不利组合，在系统电压大扰动（如遭雷击、单相接地故障消失过程以及开关操作等）作用下而激发产生的铁磁谐振现象；另一类是发生在220 kV（或110 kV）变电站空载母线上，当用220 kV、110 kV带断口均压电容的主开关或母联开关对带电磁式电压互感器的空母线充电，或切除带有电磁式电压互感器的空母线时，操作暂态过程使连接在空母线上的电磁式电压互感器组中的一相、两相或三相激发产生的铁磁谐振现象。 1故障实例 佛子岭水电站地处山区，高压线路架设于崇山峻岭之中，雷雨季节遭受雷击几率较高，铁磁谐振过电压现象时有发生。 2007年7月某日，雷击后，该站发生35 kVⅡ段母线电压一相降低，另两相升高（超过线电压）现象，发“单相接地”信号并熔断2TV高压保险。35 kV系统接线图如图1所示。其时，35 kVⅠ、Ⅱ段母线并列运行，两回出线空载。1TV 与2TV的型号分别为：YDJJ-35、JDJJ2-35。 2008年某日，110 kV母线停电操作过程中，当拉开最后一台高压开关时，母线电压瞬时升高，二次保护回路电压继电器线圈烧毁，如图2所示。TV型号是JCC6-110，高压开关型号是SW4-110Ⅱ，双断口带有均压电容器。 以上两起故障是典型的铁磁谐振过电压现象，下面我们来简单分析一下故障的成因。 2铁磁谐振产生过程及其特点 2.1铁磁谐振现象的基本概念
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10kV PT铁磁谐振的产生及消谐措施 [摘要] 10kV PT铁磁谐振是谐振中一种非线性谐振，常常表现为谐振过电压，它会破坏电气设备的绝缘，甚至会烧毁电气设备，严重威胁着电力系统的安全、稳定运行。本文深入分析了10kV PT铁磁谐振过电压的产生原因，并针对性提出了具体的防范措施。 关键词：PT;铁磁谐振;消谐措施 0前言 10kV PT铁磁谐振是谐振中一种非线性谐振，它可以是基波谐振，高次或分次谐波谐振。其表现形式可能是单相、两相或三相对地电压升高，或产生高值零序电压分量，出现虚幻接地现象，或者在电压互感器中出现过电流。其危害轻则引起高压保险烧毁，重则引起PT爆炸、开关柜烧毁，造成母线停电事故，甚至还会使小容量的异步电动机发生反转现象。它不仅影响对用户的供电，而且可能造成主设备损坏，严重威胁着系统的安全运行。 1 10kV PT铁磁谐振产生的原因 产生铁磁谐振过电压的主要原因，是由于PT的铁芯饱和而引起的串联谐振所致。由于10kV系统中性点不接地，星形接线的PT高压绕组，就成为系统三相对地放电的唯一金属通道。系统单相接地有两个过渡过程，一是接地时；二是接地消失时。电网单相接地时电流的分布如图1所示。 图110kV PT接法单相接地时的电流分布 当系统发生单相接地时，PT中性点对地有相电压产生，非接地相的电压升高到线电压，故障点会流过电容电流，其对地电容C0上充以与线电压相应的电荷。在接地故障期间，此电荷产生的电容电流以接地点为通路，在电源－导线－大地间流通，等值电路见图2。由于PT的励磁阻抗很大，其中流过的电流很小。当系统接地故障消逝后，相当于把导线电荷以接地点通往大地的电流通路切断了，此时非接地相将由原来的线电压瞬间恢复到正常的相电压水平。因此，非接地相积累的电荷只有通过PT对地放电，此时三相对地电容（零序电容）3C0中存储的电荷，将对三相PT及零序PT高压绕组电感放电。现场测试和理论分析表明，这个暂态过程所产生的电流比正常电流大很多倍，其频率低，幅值大，一般称为超低频振荡电流。尽管当中性点经零序PT接地后，由于零序PT的电
铁磁谐振过电压
解释一： 电压互感器铁磁谐振过电压可分两种：一种是中性点不稳定过电压；另一种是中性点位移过电压。前者多在正常运行的中性点不接地的电网中产生, 例如投入空母线时的过电压；后者均在定相的过程中产生, 这主要是由于定相的方法不当引起的。 经过检修的某些线路、电缆等在恢复送电时, 新建的线路、电缆、变压器等在投入运行时, 以及两部分电网首次并联运行时, 必须事先检查相位, 进行定相, 以免造成严重的设备损坏和人身事故。在110千伏以下中性点不接地（包括中性点经消弧线圈接地）的电网中, 定相通常是利用电压互感器进行的。 利用一台电压互感器, 直接在高压电网中定相时产生的过电压, 主要是由基波谐振引起的, 特性比较稳定, 因此称为中性点位移过电压；利用两台外接的或母线上原有的中性点直接接地的电压互感器, 而在其低压侧定相时产生的过电压, 是由基波、高次谐波或分次谐波谐振所引起,同时具有不稳定的特点, 故称为中性点不稳定过电压。后者在国内外的电力系统中发生较多,即过去所谓的中性点位移过电压和现在的电压互感器铁芯饱和过电压。 一、中性点不稳定过电压 中性点不稳定过电压,不仅可以在定相的过程中发生, 而且在在我国3~220千伏运行的电网中, 也曾普遍发生, 是新建的和经过检修后投入运行的电气设备损坏的重要原因之一,同时也是电压互感器烧毁及其高压保险频繁熔断的主要原因。
1.产生的条件 试验研究结果表明, 当发生此种过电压时, 中性点出现显著的位移, 相电压变动并升高, 而线电压保持不变。因此可以判定此种过电压是零序回路出现的一种谐振现象。此种过电压对相间电容与三相对称的负荷没有影响。只要同时符合以下四个条件, 便可能产生此种过电压。 （1）电源变压器为三角形接线或中性点不接地的星形接线, 以及中性点不接地的电网（注：这里指电源侧中性点不接地） （2）单台或多台电压互感器的中性点直接接地, 同时零序电压线圈接近开路状态（注：这里指电压互感器中性点直接接地） （3）母线或电网各相的对地电容与电压互感器各相的对地电感相匹配, 且初始感抗必须大于容抗 （4）因电压或励磁涌流的冲击, 使电压互感器的铁芯三相发生不同程度的饱和。当电源投入、单相接地故障清除〔切除或自动消除）时, 以及瞬间的传递过电压发生时, 均可激发起此种过电压。 以上四个条件, 可以直观地用下图表示出来
铁磁谐振
铁磁谐振的几个特点 1）对于铁磁谐振电路，在相同的电源电势作用下回路可能不只一种稳定的工作状态。电路到底稳定在哪种工作状态要看外界冲击引起的过渡过程的情况。 2）PT的非线性铁磁特性是产生铁磁谐振的根本原因，但铁磁元件的饱和效应本身也限制了过电压的幅值。此外回路损耗也使谐振过电压受到阻尼和限制。当回路电阻大于一定的数值时，就不会出现强烈的铁磁谐振过电压。 3）串联谐振电路来说，产生铁磁谐振过电压的的必要条件是因此铁磁谐振可在很大 的范围内发生。 4）维持谐振振荡和抵偿回路电阻损耗的能量均由工频电源供给。为使工频能量转化为其它谐振频率的能量，其转化过程必须是周期性且有节律的，即…1／2（1，2，3…） 倍频率的谐振。 5）铁磁谐振对PT的损坏。电磁谐振（分频）一般应具备如下三个条件。 ①铁磁式电压互感器（PT）的非线性效应是产生铁磁谐振的主要原因。 ②PT感抗为容抗的100倍以内，即参数匹配在谐振范围。 ③要有激发条件，如PT突然合闸、单相接地突然消失、外界对系统的干扰或系统 操作产生的过电压等。 据试验分频谐振的电流为正常电流的240倍以上，工频谐振电流为正常电流的40～60倍左右，高频谐振电流更小。在这些谐振中，分频谐振的破坏最大，如果PT的绝缘 良好，工频和高频一般不会危及设备的安全 当系统发生单相接地时，故障点流过电容电流，末接地的两相相电压长高√3，这将严重影响线路和电气设备的安全运行（此时电压互感器的励磁阻抗很大，故流过的电流很小）。但是，一旦接地故障点消除，非接地相在故障期间已充的电荷只能通过电压互感器高压线圈经其自身的接地点接入大地。在这一瞬间电压突变过程中，电压互感器高压线圈的非接地两相的励磁电流就要突然增大，甚至饱和、由此构成相间串联谐振。由于接地电弧熄灭时间不同，故障点的切除就不一样。因此，不一定在每次出现单相接地故障时，电压互感器高压线圈中都要产生很大的激磁电流，其高压侧熔断器的情况也有所不同。 铁磁谐振的常用消除办法 根据以上分析配电系统铁磁谐振的特性，就不难找到加以解决的办法。通常的解决办法有： 1）PT一次的中性点加装阻尼电阻。该方法在已广泛采用，生产定型产品的厂家比较多，在实际运用中都取得了满意的效果。如西安电瓷厂生产的RXQ系列消谐器，该消谐器串接于PT一次绕组中性点与地之间，内部材料为大容量的非线性碳化硅电阻片及散热片等串联组装于瓷套内而成。其工作原理为：在低压下消谐器呈高电阻值（可达几百千欧）使谐振在起始阶段不易发展，单相接地时，消谐器上出现千余伏电压，它的非线性电阻下降，使其不影响接地保护的工作。 2）在PT开口三角侧并联固定（或可变）阻尼，一些要求不太高的变电所或配电系统常在PT开口三角处并联电灯泡或电炉丝。其缺点是：电灯泡或电炉丝易损坏，当其损坏后将不会有消谐作用；当系统发生单相接地时，在开口三角侧将产生100 V的电压，而由于电灯泡或电炉丝的冷态电阻是较小的，这将在PT开口三角侧流过较大的电流引起PT损坏。 针对这些办法的不足，一些厂家相继开发生产出了一些较高级的产品。如云南昆明
铁磁谐振过电压
铁磁谐振过电压 摘要：铁磁谐振过电压是一种常见的内部过电压，多发生在 中性点不直接接地的配电网中，但在中性点直接接地的高压电网中，这种事故也常有发生。分析了电力系统铁磁谐振的产生机理，介绍了一些典型的铁磁谐振过电压，以及几种消除铁磁谐振的措施及原理，最后对铁磁谐振的当前研究现状进行了评价，提出今后进一步的研究方向。 关键词：电力系统；铁磁谐振；过电压；消谐措施 Abstract:Ferroresonance is an internal overvoltage,which always occurs in ne utral isolated distribution network, and sometimes also occurs in high voltages netw ork. The research developments on ferroresonance are analyzed, including their fundamental principles, characteristics and some typical example s. It also introduces several treatments of ferroresonance eliminating and its principl e. Finally the further research trends are proposed. Key words:power system; ferroresonance; overvoltage; treatment of resonance eliminating 在电力系统中包含有很多电感元件和电容元件。在开关操作或发生故障时，这些电感和电容元件可能形成不同自振频率的振荡回路，在外加电源作用下产生谐振现象，引起谐振过电压。谐振往往在电网某一局部造成过电压，从而危及电气设备的绝缘，甚至产生过电流而烧毁设备，还有可能影响过电压保护装置的正常工作条件。在不同电压等级、不同结构的系统中可以产生不同类型的谐振过电压。通常认为系统中的电阻和电容元件为线性参数，电感元件则一般有三类不同的特性参数。对应三种电感参数，在一定的电容参数和其它条件的配
应用MATLAB_SIMULINK仿真研究铁磁谐振
第３０卷第９期?３０?２００４年９月 高电压技术 ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖ０１．３０ＮＯ．９ Ｓｅｐ．２００４ 应用ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ仿真研究铁磁谐振 杜志叶，阮江军，王伟刚 （武汉大学电气工程学院，武汉４３００７２） 摘要：鉴于中性点直接接地的电力系统中屡屡因投切断路器或隔离开关而激发铁磁谐振现象，分析了该现象产生的原因和条件，建立了母线电压互感器（ＴＶ）的仿真模型，利用ＭＡＴｌ．ＡＢ内建的仿真工具实现了铁磁谐振（由母线ＴＶ非线性励磁电感同断路器均压电容和系统对地电容匹配所致）暂态过程数字仿真。仿真结果表明，ＴＶ的励磁电阻（铁损）对铁磁谐振有重要影响。铁损越大，谐振越强烈。铁损减小，利于抑制谐振。最后，仿真比较了两种不同消谐方法的作用及效果，验证了消谐方案（通过间接降低ＴＶ励磁电阻来抑制铁磁谐振）的切实可行。 关键词：ＭＡＴＩ，ＡＢ仿真铁磁谐振铁损消谐 中图分类号：ＴＭ８６４文献标识码：Ａ文章编号：１００３—６５２０（２００４）０９—００３０～０３ ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＲｅｒｒｏｒｅｓｏｎａｎｃｅＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＵｓｉｎｇＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ ＤＵＺｈｉｙｅ，ＲＵＡＮＪｉａｎ。ｇＪｕｎ，ＷＡＮＧＷｅｉｇａｎｇ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｅｔｒｉｅａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｅｎｅｕｔｒａｌ—ｇｒｏｕｎｄｅｄｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ。ｆｅｒｒｏｒｅｓｏｎａｎｃｅｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅｃａｕｓｅｄｂｙｓｗｉｔｃｈｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒｓｏｒｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｏｒｓｏｃｃｕｒｓｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ．ＴｈｉｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｂｕｓＴＶ，ｅｍｐｌｏｙｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｍｐｌｅｍｅｎｔｏｆＭＡＴＩ。ＡＢｔｏａｃｈｉｅｖｅｄｉｇｉｔａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｅｒｒｏｒｅｓｏｎａｎｃｅｔｒａｎｓｉｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｄｕｅｔＯｍａｔｃｈｉｎｇｏｆｎｏｎ－ｌｉｎｅｒｅｘｃｉｔｉｎｇｉｎｄｕｃｔａｎｃｅｏｆｔｈｅｂｕｓＴＶａｎｄｔｈｅｂｒｅａｋｅｒｓ＇ｇｒａｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔａｎｃｅａｎｄｔｈｅｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｔｏｇｒｏｕｎｄｏｆｓｙｓｔｅｍ．ＩｔｉｓｐｒｏｖｅｄｆｒｏｍｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｔｈａｔｔｈｅｖａｌｕｅｏｆｃｏｒｅｌｏｓｓｏｆＴＶｉｓｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｆａｃｔｏｒｔＯｆｅｒｒｏｒｅｓｏｎａｎｃｅ．Ｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅｖａｌｕｅｉｓ。ｔｈｅｉｎｔｅｎｓｅｒｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｃｅｉｓ．Ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｖａｌｕｅｉｓｔｈｅｋｅｙｔｏｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆｒｅｓｏｎａｎｃｅ．Ａｔｌａｓｔ ｌ ｔｏｔｅｓｔｉ—ｆｙｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇｔｈｅｆｅｒｒｏｒｅｓｏｎａｎｃｅｂｙｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｃｏｒｅｌｏｓｓｏｆＴＶ。ｔＷＯｗａｙｓａｂｏｕｔｆｅｒ—ｒｏｒｅｓｏｎａｎｃｅｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎａｎｄｔｈｅｉｒｅｆｆｅｃｔｓａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅｆｅａｓｉｂｌｅｍｅａｓｕｒｅｓｏｆｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇａｎｄｓｕｐ—ｐｒｅｓｓｉｎｇｆｅｒｒｏｒｅｓｏｎａｎｃｅａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｓｗｅｌｌ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭＡＴＩ。ＡＢｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｅｒｒｏｒｅｓｏｎａｎｃｅｃｏｒｅｌｏｓｓｒｅｓｏｎａｎｃｅｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ０引言 电力系统中变压器、电磁式ＴＶ等铁心电感器件具有非线性电磁特性，它们与系统内的容性元件在一定条件下会发生铁磁谐振，且会因其铁心深度饱和而产生极大谐振过电压和过电流，严重威胁电网的安全运行。近年来，铁损较低的节能型ＴＶ的大量采用，使１１０ｋＶ及以上中性点直接接地系统中铁磁谐振的发生率有所增加。因此，有必要系统分析此现象，建立一个相对可靠、准确的系统仿真模型和仿真方法，以提高预测准确性ｎ］。 １铁磁谐振的机理和特征 １．１理论分析口叫１ 某１１０ｋＶ中性点直接接地系统见图１。两侧的隔离开关ＧＯ、Ｇ１闭合时，断口接有均压电容的断路器ＤＩ。０、ＤＩ。１任一只断开将会激发谐振，ＤＩ。０、ＤＩ。１断开时，ＧＯ、Ｇ１任一只断开或合上也会激发谐振。当母线处于空载状态时，由于断路器均压电容和系统对地电容的作用，任何引起母线电压波动的开关操作都可能引起谐振。考虑两段母线的对称性，对其中一段作等效简化（见图２）。 Ⅳ母线ｌ、１．１Ｌ０，＋……。 １ＩＵ…ＫＶ捱 ，＼，Ⅱ人、 ＿Ｔ１ｂ曲Ｉ九９ＴＶ２ｈ吉 ｌ三；ＤＬ． ｉ＇ＶＩ ／ 图１１１０ｋＶ变电站系统图 Ｆｉｇ．１Ｄｉａｇｒａｍｏｆａ１１０ｋＶｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ｋｓｉｎｏ）ｔ 图２等效简化电路 Ｆｉｇ．２Ｒｅｄｕｃｅｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔ 图２中Ｅ。ｓｉｎｗｔ为系统电源，Ｃ。为均压电容，Ｃ２为等效系统对地电容；Ｒ。、Ｌ、Ｕ分别为ＴＶ’：９铁 万方数据万方数据
电压互感器铁磁谐振的发生原因及防范措施
电力系统中存在着许多储能元件，当系统进行操作或发生故障时，变压器、互感器等含铁芯元件的非线性电感元件与系统中电容串联可能引起铁磁谐振，对电力系统安全运行构成危害。在中性点不接地的非直接接地系统中，铁磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压是常见的，是造成事故较多的一种内部过电压。这种过电压轻则使电压互感器一次熔丝熔断，重则烧毁电压互感器，甚至炸毁瓷绝缘子及避雷器造成系统停运。在一定的电源作用下会产生串联谐振现象，导致系统中出现严重的谐振过电压。 1、电压互感器引起铁磁谐振的发生原因分析 在中性点不接地系统中，为了监视对地绝缘，母线上常接有Y接线的电磁式电压互感器，如图1所示，图中u0为电源电势，C为线路等设备的对地电容，L为电压互感器激磁电感，R0为中性点串联消谐电阻。 在正常运行状态下电压互感器励磁感抗很大，其数值范围在兆殴级以上且各相对称。C数值视线路长短而定，线路愈长容抗愈小，即以1 km线路而言，其每相对地电容约0.004μF ，故其容抗小于1 MΩ，所以整个网络对地仍呈容性且基本对称，电网中性点的位移电压很小,接近地电位。但电压互感器的励磁电感随通过的电流大小而变化，其U-I特性如图2所示。
由图2可见，曲线的起始一段接近直线，其电感相应地保持常数。当激磁电流过大时，铁芯饱和，则L值随之大大降低。正常运行时铁芯工作在直线范围，当系统中出现某些波动，如电压互感器突然合闸的巨大涌流、线路瞬间单相弧光接地等，使电压互感器发生三相不同程度的饱和，以至破坏了电网的对称，电网中性点就出现较高的位移电压，造成工频谐振或激发分频谐振。 2、铁磁谐振的特点 对于铁磁谐振电路，在相同的电源电势作用下，回路可能不只有一种稳定的工作状态。电路到底稳定在哪种工作状态，要看外界冲击引起的过渡过程的情况。 TV的非线性铁磁特性是产生铁磁谐振的根本原因，但铁磁元件的饱和效应本身，也限制了过电压的幅值。此外回路损耗也使谐振过电压受到阻尼和限制。当回路电阻大于一定的数值时，就不会出现强烈的铁磁谐振过电压。 串联谐振电路，产生铁磁谐振过电压的的必要条件是ω0 = 1/L0C＜ω。因此铁磁谐振可在很大的范围内发生。 维持谐振振荡和抵偿回路电阻损耗的能量均由工频电源供给。为使工频能量转化为其它谐振频率的能量，其转化过程必须是周期性，且有节律的，即…1/2(1，2，3…)倍频率的谐振。 铁磁谐振对TV的损坏，铁磁谐振(分频)一般应具备如下三个条件。 1、电磁式电压互感器(TV)的非线性效应，是产生铁磁谐振的主要原因。 ２、TV感抗为容抗的100倍以内，即参数匹配在谐振范围。 ３、要有激发条件，如投入和断开空载母线、TV突然合闸、单相接地突然消失、外界对系统的干扰或系统操作产生的过电压等。 由前面分析可知，事故中具备了3个条件，才导致了此次事故。当良站10 kV系统发生单相接地时，故障点流过电容电流，未接地的两相B、C相电压升高31/2，对系统产生扰动，在这一瞬间电压突变过程中，TV高压线圈的非接地两相的励磁电流就要突然增大，甚至饱和，由此构成相间串联谐振。饱和后的TV励磁电感变小，系统网络对地阻抗趋于感性，此时若系统网络的对地电感与对地电容相匹配，就形成共振回路，激发各种铁磁谐振过电压。尤其是分频铁磁谐振可导致相电压低频摆动，励磁感抗成倍下降，产生过电压，过电压幅值可达到近2~3.5Ue以上，但此过电压达不到避雷器的动作电压1.7 kV，故母线避雷器并未动作。同时，感抗下降会使励磁回路严重饱和，励磁电流急剧加大，电流大大超过额定值，据
电磁式电压互感器谐振过电压分析及抑制措施
电磁式电压互感器谐振分析及抑制措施研究 (江建明四川省电力工业调整试验所610072) 电力系统接地系统为直接接地系统和不接地系统。直接接地系统易发生并联谐振，不接地系统在单相接地时易发生串联谐振，有并联电容器的断路器易发生串联谐振。长期以来，电力系统谐振过电压严重威胁着电网的安全。特别是对中性点不接地系统，铁磁谐振所占的比例较大。随着电网的日益发展，中性点直接接地系统的铁磁谐振问题越来越严重，出现的概率也越来越大。近年，在四川发生过多次铁磁谐振引起过电压的案例，应引起高度重视。本文将介绍产生铁磁谐振的机理、原因、现象以及应采取的措施。 1．产生铁磁谐振的原因 铁磁谐振存在三种情况：直接接地系统对地电容引发的铁磁谐振；不接地系统的单相接地引起的铁磁谐振；断路器端口并联的电容形成的铁磁谐振。 电力系统中许多元件是属于电感性的，如电力变压器、互感器、发电机、消弧线圈为电感元件，而线路各导线对地和导线间既存在纵向电感又存在横向电容，这些元件组成复杂的LC震荡回路，在一定的能量作用下特定参数配合的回路就会出现谐振现象。由于铁芯电感的磁通和电流之间的非线性关系，电压升高导致铁芯电感饱和，极易使电压互感器发生铁磁谐振。在中性点不接地系统中，如果不考虑线路的有功损耗和相间电容，仅考虑电压互感器电感与线路的对地电容C，当C大到一定值且电压互感器不饱和时，感抗X L大于容抗X C；而
当电压互感器上电压上升到一定数值时，电压互感器的铁芯饱和，感抗X L小于容抗X C，这样就构成了谐振条件，下列几种激发条件可以造成铁磁谐振： （1）当投入电力系统的电力线路长度发生变化时，线路对地电容与线路电阻发生改变。如空载线路投切操作，对空母线充电，尤其是短母线进行倒母线时，易产生对地电容引起的并联谐振。 （2）当系统运行状态突变，在暂态激发条件下，TV铁芯饱和，其电感量L处于非线性变化。如有线路瞬间接地，雷电感应侵入电网，尤其系统出现单相接地，易产生串联谐振。 （3）直接因突然投入系统的电容变化而引起谐振。如补偿电容器的投入，断路器断口打开时的并联电容易产生并联谐振。 （4）由于线路分合或运行状态突变时，会产生多次或分次谐波，从而使ω发生变化。如拉合刀闸、跌落式熔断器动作等，可能引起并联或串联谐振。 2．产生铁磁谐振的机理 由于电压互感器的中性点位移现象，常常在中性点不接地绝缘系统中引起铁磁谐振过电压。在正常运行条件下，励磁电感三相相等，三相负荷相等，电网的中性点电位为零。当线路中出现瞬时单相故障时，其它两相电压升高，三相电压互感器两相电压升高而饱和，其励磁电感相应减小，电网中性点出现位移电压，当三相总导纳之和为零时，便会发生串联谐振，中性点电压将急剧上升。由于铁芯的磁饱和会引起电流、电压波形的畸变，即产生了谐波，使上述谐振回路还会
倒闸操作中发生铁磁谐振的方法及防止措施
倒闸操作中发生铁磁谐振的方法及防止措施 1 变电站发生铁磁谐振的条件 对于单母线接线方式:如图 1所示, 110 kV母线上所连接的 84、 85断路器 (带有并联电容在断开位置,相应的两侧刀闸在合闸位置, 110 kV 母线电压互感器在运行状态,此时如果 84断路器线路侧、 85断路器线路侧任意一处带有电压时,就会使电感和电容之间形成振荡回路,而发生铁磁谐振。 对于通过母联 80断路器(带有并联电容并列运行的双母线,如图 2所示,Ⅰ段母线电压互感器在投入状态,当Ⅰ段母线带出线负荷全部倒至Ⅱ段母线运行时,母联80断路器在断开位置, 80断路器两侧在合闸位置,此时 80断路器靠Ⅱ段母线侧带有电压,就有可能发生 铁磁谐振。
在 35 kV、 10 kV中性点不接地系统使用中心接地的电压互感器,当向空母线充电时也易发生铁磁谐振。 2 防止铁磁谐振的简易方法 拉开带有电压的断路器两侧刀闸,改变了电容和电感的参数,谐振即消失。 合上一台一侧带有电压的断路器,改变了电容和电感的参数,谐振即消失。 制定合理的倒闸操作程序,改变系统参数,防止谐振发生。 3 具体操作的防谐振措施 3.1 单母线(或单母线分段的接线方式 110 kV母线需要停电检修时,当母线所带负荷已全部转移时,如果 85(或 84断路器在拉开位置,两则刀闸在合闸位置, 并且任一条线路带有电压时, 谐振就有可能发生。此种情况下可采用以下方法进行防止:先将对侧 110 kV主电源的进线断路器、刀闸拉开,改变系统参数,然后进行 110 kV母线的停电操作。 110 kV母线检修完毕,用 84断路器向母线充电,可采用以下两种操作方法进行防范: (1将 110 kV 母线 TV 至退出状态,合上 841、 842刀闸(此时线路带电 ,合上 84断路器,向 110 kV母线正常充电;合上 817刀闸,恢复 110 kV母线 TV 运行,此种操作方法不会产生铁磁谐振。 (2用 84断路器向 110 kV母线充电时,先拉开对侧 84断路器,再将 817、 841、842刀闸和 84断路器合上,用对侧 84断路器直接向该母线供电,谐振也不会产生。 3.2 通过母联断路器并列运行的双母线 母线停电操作时, 当母线所带负荷全部倒完后, 先拉开停电母线的电压互感器, 再拉开母联 80断路器,这样操作不会发生铁磁谐振。
电力系统的铁磁谐振
电力系统的铁磁谐振 工作电力设备的进程中，绝缘长期受着多种要素如电场、温度以及机械振动的作用逐步变得残次，这劣化包括整体的和有些的，使得缺陷由此发作。区分电力设备是不是有出色绝缘强度的最有用直接的方法便是工频交流耐压试验，它也是预防性试验傍边的一项至关首要的内容。阻频特性和相频特性统称为LC并联电路的频率特性。它说明了LC并联电路具有区别不同频率信号的能力，即具有选频特性。品质因数Q，它表征了LC并联电路选频特性的好坏。 铁磁谐振是由铁心电感元件，如发电机、变压器、电压互感器、电抗器、消弧线圈等和系统的电容元件，如输电线路、电容补偿器等形成共谐条件，激发持续的铁磁谐振，使系统产生谐振过电压。电力系统的铁磁谐振可分二大类：一类是在66kV及以下中性点绝缘的电网中,由于对地容抗与电磁式电压互感器励磁感抗的不利组合,在系统电压大扰动(如遭雷击、单相接地故障消失过程以及开关操作等)作用下而激发产生的铁磁谐振现象;另一类是发生在220kV(或110kV)变电站空载母线上，当用220kV、110kV带断口均压电容的主开关或母联开关对带电磁式电压互感器的空母线充电过程中，或切除(含保护整组传动联跳)带有电磁式电压互感器的空母线时，操作暂态过程使连接在空母线上的电磁式电压互感器组中的一相、两相或三相激发产生的铁磁谐振现象，即串联谐振，简单地讲就是由高压断路器电
容与母线电压互感器的电感耦合产生谐振由于谐振波仅局限于变电站空载母线范围内，也称其为变电站空母线谐振。 铁磁谐振三种形式 1.基波谐振：一相对地电压降低，另两相对地电压升高超过线电压;或两相电压降低、一相电压升高超过线电压、有接地信号发出。 2.分次谐波：三相对地电压同时升高、低频变动 3.高次谐波：三相对地电压同时升高超过线电压 电力系统中许多元件是属于电感性的或电容性的，如电力变压器、互感器、发电机、消弧线圈为电感元件，补偿用的并或串联电容器组、高压设备的寄生电容为电容元件，而线路各导线对地和导线间既存在纵向电感又存在横向电容，这些元件组成复杂的LC 震荡回路，在一定的能源作用下，特定参数配合的回路就会出现谐振现象。由于铁芯电感的磁通和电流之间的非线性关系，电压升高导致铁芯电感饱，极容易使电压互感器发生铁磁谐振。在中性点不接地系统中，如果不考虑线路的有功损耗和相间电容，仅考虑电压互感器电感L 与线路的对地电容Co ,当C大到一定值，且电压互感器不饱和时，感抗XL大于容抗XCo。而当电压互感器上电压上升到一定数值时，电压互感器的铁芯饱和，感抗XL小于容抗XCo，这样就构成了谐振条件，下列几种激发条件可以造成铁磁谐振：
防止中性点不接地系统铁磁谐振的措施
变电站中性点不接地系统中，电压互感器常因铁磁谐振而烧毁或熔断熔丝。人们对此做了大量的分析研究，采取了不少措施防止谐振发生，然而由于系统结构的复杂性和运行方式的灵活，造成运行参数具有随机性。同时也因现存的各种消谐措施的局限性，使得只能在某些情况下消除谐振。电压互感器（TV）饱和引起的铁磁谐振仍然是威胁电力系统安全运行的重要原因。因此，有必要在分析中性点不接地系统铁磁谐振机理的基础上探讨消谐措施，以便在实际工作中有针对性地预防、消除中性点不接地系统铁磁谐振。 1中性点不接地系统铁磁谐振的机理及特点 1．1铁磁谐振的产生 中性点不接地系统中TV接入系统的接线图如图1所示 当出现激发条件时，TV中暂态励磁电流急剧所不同，网络中性点出现零序电压，三相TV中产生零序电流，经电源形成回路，简化等值电路如图2所示。
当Ln与3 C0在某频率下参数值匹配时，得以流通，从而在3 C0上建立与各相电源电压叠加，产生过电压，维持TV饱和，从而形成持续一段时间的铁磁谐振。 1．2铁磁谐振的特点 根据Peterson的研究［1］，当TV饱和时，励磁电抗Xm与系统正序容抗无关，只和系统对地的零序容抗X0有关，且当X0／Xm＜0．01时，不发生谐振；随着（X0／Xm）的增大，依次发生1／2分频、基频、三倍频谐振，相应地，发生谐振所需的外加电压也逐渐增大。由于运行中的一般都是额定相电压（0．58 Ur，Ur为额定线电压），因此1／2分频时较多发生基波谐振，高次谐波的谐振较少。分频谐振的频率并非严格等于1／2次，分频谐振时，铁心高度饱和，励磁电流剧增数十甚至一百倍，导致TV烧毁或保护用熔断器熔断。 2消除铁磁谐振的措施 消谐应从两方面着手，即改变电感电容参数和消耗谐振能量。人们据此制订了多种消谐措施。 2．1TV开口三角两端接电阻器R△ R△相当于接到电源变压器的中性点上，故其电阻R△越小，越能抑制谐振的发生。若R△＝0，即将开口三角两端短接，相当于电网中性点直接接地，谐振就不会发生。消除分频谐振时R△要最小。使用该措施时应注意：a）系统中每台TV开口三角均接电阻器时措施方有效。 b）经验表明，对于6～10 k V电网，当TV饱 和特性较好时此措施比较有效。 c）经验表明，装设于互感器开口三角绕组的阻尼电阻一般对35 kV和66 k V系统效果较好，可固定投入，也可用零序电压继电器将电阻器短时投入，1 min后自动切除［2］。 d）R△采用白炽灯泡时，由于谐振经常在单相接地消失后产生，白炽灯泡因发热而使其电阻显著增大，所以此时不起消谐作用。 e）当电压等级越高或TV饱和特性越差时，要求的R△越小。因而发生持续稳定的单相接地故障时，R△的额定功率不易满足要求。 f）当系统电容三相不对称（如断线），或TV一次非全相熔断器烧断时，在对称状态下可以抑制的谐振，在不对称时仍有可能谐振，此时需减小R△才能抑制谐振。这是因为：电容不对称时，除了网络会有较大的不对称电压外，由于电容的减小导致容抗增大而易进入谐振区；TV一次非全相熔断器烧断时，它的并联电感有所减少，但由于二次侧电压降低，R△反应到一次侧的电阻增大得较快，从而降低了电阻器的阻尼效果。 g）由于R△是接在开口三角两端，因此这一负载必定同时加在三角绕组和一次绕组上，这就要求TV要有足够的容量，尤其是在间歇性弧光接地时，由于R△的接入，将使流过一次绕组的电流显著增大，增加了TV烧损的可能性。 h）为了使TV不因电压升高而进入饱和状态，应根据TV的容量选择电阻的额定功率。 i）现在许多二次侧消谐装置实质是对在开口三角两端接入电阻器的改进，其原理多是首先鉴别高频、基频、分频谐振，然后用电子电路实现不同的消谐措施以达到消谐目的。然而，在实际应用中，由于原理及装置的可靠性欠佳，这些装置的运行情况并不理想。二次侧电子消谐装置仍有待从理论、制造上加以完善。 2．2TV一次侧中性点经电阻器R0接地 该措施除了能限制TV中的电流，特别是限制断续弧光接地时流过TV的高幅值电流外，亦能减少每相TV上的电压（相当于改善TV的伏安特性）。使用该方法时应注意： a）电阻器R0的电阻R0不能太小，也不能太大，否则单相接地时，开口三角电压太低，影响接地指示灵敏度及保护装置的正确动作。根据文献［2］推荐，R0＞0．06 Xm。 b）若网络中必须有多台高压侧中性点接地的TV同时运行，则必须每台TV均在中性点安装消谐电阻器方有效。 c）电阻器的额定功率须较大，一般采用额定功率相当大的非线性电阻器与线性电阻器串联。非线性电阻器在低电压下电阻较大，还能阻止谐振发展。d）该措施与TV开口三角绕组并接R△并非完全等价，对于系统三相电容严重不对称或TV一次非全相熔断器烧断等异常情况均可有效消谐。 e）当系统发生单相接地故障时，R0上将有超过几千伏的高压，此时不能使用中性点绝缘较低的TV。若35 kV系统使用的TV中性点绝缘水平为低压级（500 V），则TV绝缘有可能承受不了过电压。 2．3TV一次侧中性点经零序TV接地
电容式电压互感器铁磁谐振抑制方法及常见故障分析
电容式电压互感器铁磁谐振抑制方法及常见故障分析 发表时间：2018-03-13T11:22:41.733Z 来源：《电力设备》2017年第30期作者：乔斌1 王一婧2 贾炜1 [导读] 摘要：介绍了电容式电压互感器（CVT）铁磁谐振的几种抑制方法，重点对谐振型阻尼器的常见故障进行了分析并提出了改进意见，希望以此能够降低谐振型阻尼器的故障发生率。 （1．国网山西检修公司山西太原 030032；2．国网太原供电公司山西太原 030012）摘要：介绍了电容式电压互感器（CVT）铁磁谐振的几种抑制方法，重点对谐振型阻尼器的常见故障进行了分析并提出了改进意见，希望以此能够降低谐振型阻尼器的故障发生率。 关键词：谐振；抑制措施；改进意见 Methods of reducing ferromagnetic resonance and normal fault analysis for capacitor voltager transducer Abstract：Introduce several reducing methods of capacitor voltage transducer（CVT）ferromagnetic resonance . The point is the normal fault analysis and improving advices of resonant damper . Hoping this could reduce the fault rate of resonant damper. Keywords：Resonance；Reducing methods；Improving advices
什么叫铁磁谐振过电压,它怎么防治
系统的中性点不接地系统，当系统遭到一定程度的冲击扰动，从而激发起铁磁共振现象。由于对地电容和互感器的参数不同，可能产生三种频率的共振：基波共振、高次谐波共振和分频谐波共振。各种共振的表现形式如下： 基波共振。系统二相对地电压升高，一相对地电压降低。中性点对地电压(可由互感器辅助绕组测得电压)略高于相电压，类似单相接地，或者是二相对地电压降低，一相对地电压升高，中性点有电压，以前者为常见。 分频谐波共振，三相电压同时升高，中性点有电压，这时电压互感器一次电流可达正常额定电流的30～50倍以致更高。中性点电压频率大多数低于1/2工频。 高次谐波共振，三相电压同时升高，中性点有较高电压，频率主要是三次谐波。 在正常运行条件下，励磁电感L1=L2=L3=L0，故各相对地导纳Y1=Y2=Y3=Y0，三相对地负荷是平衡的，电网的中性点处于零电位，即不发生位移现象。 但是，当电网发生冲击扰动时，如开关突然合闸，或线路中发生瞬间弧光接地现象等，都可能使一相或两相对地电压瞬间升高。如果由于扰动导致A相对地电压瞬间升高，这使得A相互感器的励磁电流突然增大而发生饱和，其等值励磁电感L1相应减小，以致Y1≠Y0，这样，三相对地负荷变成不平衡了，中性点就发生位移电压。如果有关参数配合得当，
对地三相回路中的自振频率接近于电源频率，这就产生了严重的串联谐振现象，中性点的位移电压(零序电压)急剧上升。 三相导线的对地电压UA、UB、UC等于各相电源电势与移位电压的向量和，当移位电压较低时向量迭加的结果可能使一相对地电压升高，另外两相则降低；也可能使两相对地电压升高，另一相降低。一般以后者为常见，这就是基波谐振的表现形式。 电压互感器的一组二次侧绕组往往接成开口三角形式，当线路发生单相接地时，电力网的零序电压(即中性点位移电压)就按比例关系感应至开口三角绕组的两端，使信号装臵发出接地指示。显然在发生上述铁磁谐振现象时，位移电压同样会反映至开口三角绕组的两端，从而发生虚幻接地信号，造成值班人员的错觉。 由模拟试验中得出，分次谐波谐振时过电压并不高，而电压互感器电流极大，可达额定电流的30～50倍，所以常常使电压互感器因过热而爆炸。基波谐振时过电流并不大，而过电压较高。高次谐波谐振时，一般电流不大，过电压很高，经常使设备绝缘损坏。 三次谐波电压的产生可以认为是由电压互感器的激磁饱和所引起的。如中性点绝缘的电源对三相非线性电感供电。由于未构成三次谐波电流的通路，故各相中出现三次谐波电