浅析铁磁谐振现象产生的原因和消除措施
电力系统铁磁谐振的产生及消除措施
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 ， 电线路 、 如输 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
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摘 要： 电力 系统 中有很 多铁 芯 电感元 件 ， 系统发 生 故 障或 开关 操作 时 ， 外加 电源的 作 用下 ， 些 电 感可 能 与 电容 （ 导线 电 当 在 这 如 容 ） 生铁 磁谐 振过 电压 。它会破 坏 电气设备 的绝缘 ， 至会烧 毁 电气设备 ， 产 甚 严重 威胁 着 电力 系统 的安全 、 定运行 。本 文分 析 了电 稳 力 系统铁 磁谐振 过 电压 的产 生原理 ， 生原 因 ， 产 并提 出 了具体 的防 范措施 。 关键词 ： 电压互 感 器； 铁磁 谐振 ； 电感 倒 闸操作 引发 电流 、 的冲击扰动 ， 有可能 ０ 即开 口 电压 就 ， 三角绕组被短接 ， 当于电压 互感器 Ｔ 相 发生铁磁谐振。当 Ｐ Ｔ发生 谐振以后 ， 芯里产 型等值电路的二次测短 路。 铁 生零序磁通 ，这个磁通在开 口三角线 圈里感 应 ３ ． ２将互感器高压侧中性 点经高阻抗（ 零序 出零 序电压 ， 现行 的 铁芯截 面积小 ， 一般 运 互感器或可变电阻 ） 。 接地 过电压田 。过 电压造成 励磁 电流剧增 ， 有时 可达 行在励磁 曲线的饱和点 以下 ，一般在线 电压下 在三相 电压互感器 高压侧 中性点 串入 １ 台 额定电流的几 十倍 ， 持续时间较长 ， 就会造成熔 就饱和 了， 导致 的感 抗 ｘ 严重下降 ， 这样就 单相电压互感器的高压线圈 ，而其低压线圈则 断器的熔 断， 设备的烧损或爆炸 ， 乃至大面积停 和线路或母线对地 电容 Ｘ 组成 了谐振 回路 。 串人三相电压互感器低压侧的 中性点接地回路 电事故目 。 ２ ． ２不对称接地故 障引起 的铁磁谐振 中。正常运行时三 相 电压互感器的 中性点电位 １中性点不接地系统中铁磁谐振的产生原 在 中性点不接地系统 中，当发生单相接地 接近 ０ ’ 单相电压互感器 中没有 电流流过。当系 理 故障时 ， 电网电压 、 维持不 变 ， 相位 故障相 电压 统 内出现一相接地时 ，两正常相的对 地电压升 如图 １ 所示 ， 电源变压器 中性点不接地 ， 为 下降为近似零 值 ， 非故 障相 上升为额定 电压近 高 １ ３ 倍 。 ． ２ 但由于三相 电压互感器的中性点对 ７ 了监视绝缘 ，电压互感 器的一次绕组 中性点直 似值 的 １ ３ 倍 ， ． ２ 当系统接地故 障消除 后 ， ７ 非接 地 之间 串联 了 １ 台单相 电压 互感 器 的高压线 接接地 ， 其励磁 电感分 别为 Ｌ 、 与 并联 地相在过 电压期 间 ， Ｉ 、 Ｉ Ｌ 其 Ｌ 由于线路 电容 的作用 ， 已对 圈 ， 这样就相 当于增加 了每一相的励磁 电感 ， 因 的电容 ｃ代表该相导线 和母线 的对地 电容 。Ｃ 线路充人 电荷 ，这部分 电荷在 陛点不接地 系 此铁芯中磁通不会升高到严重饱和的状态口 能 。 。 。 与励磁电感并联后的导纳 为 、 ｗ Ｙ、 。 Ｙ 统 中，只能对 电压互感器的高压绕组 电感线 圈 够使电压互感器各相 电压保持在正常相 电压 附 在正常运行条件下 ， 磁电感 Ｌ － ＝ 故 放电 ，而流人大地 ，在这 个电压 瞬变过渡过程 近而不饱和 ， 励 ￣Ｌ Ｌ ， ｖ 提高了电压互感器零序励磁特性 ， Ｙ＝ ｖ 三相对地 负载是平衡 的 ， ｕ ￣ ， Ｙ Ｙ 中性点 电位 中，非接地相电压互感器一次绕组励磁 电流突 降低电压互感 器的一次 电流 ， ， 同时 也保持 了接 为零 。 然出现数倍于额定 电流的峰值 电流 ，可将一次 地指示装 置对零序 电压幅值 和相 位的灵 敏度 ， 当电网中发生 冲击扰动 ，例如 电源合闸至 电压 互感器保险熔断甚ｊ烧 毁 Ｉ 另外除三相 是一种 比较优越 的消谐 方法 。但是单 相电压互 呷。 空母 线使 互感器一相 或两相 出现涌流现 象 ， 或 电压互 感器外 ， 的主变、 其余 配变 中性点 均不接 感器型号 的选取 要依据 实际情况来选 择 ，如有 线路瞬间单相弧光接地（ 或熄弧 ） ， 后 健全相 （ 或 地 ，当系统发生一个周波重燃多次 的弧 光断续 观 认为 ， 当选取与三相 电压互感器变 比相 应 故障相 ） 突然升 高也会 出现很 大涌流 ， 电压 造成 接地 时 ， 电压互感器成为 系统对地放 电的通 道 。 等 的单相电压互感器 。 该相互感器磁路饱 和 ， 电感 Ｌ相应减小 ， 励磁 这 其放 电电流可达 ２ Ａ左右 ， 是一般 电压互感 器一 ３ ＿ 电源变压器 中性点经过 消弧线圈接 ３将 样三相对地负荷 就变得 不平衡 ，中性点 出现位 次额定 电流 ２ ０ ０ 倍左右 ，这样重燃多次断续放 地 。 移电压 ， 其值为 电， 可能造成 电压互感器因剧烈发热而烧毁 。 在 中性点经消弧线 圈接地 的情况下 ，其 电 ２ ， ３串联谐振 感 值远 比互感器的励磁 电感小 ，回路 的零序 自 ｅ － ｏ－ －一 ㈩ 串联谐振 的现象 ： 电压升 高 、 线 表计 摆动 ， 振频率决定 于电感和电容 ， 感器所引起的谐 互 式中： 赢为中性点位移（ 对地） 电压； 电压互感器开 口三角形 电压超过 １ ０ 。 电线 振 现象也 就成为不可能。３ Ｖ系统发生谐振 ０Ｖ 输 ５Ｋ 为三相电源电压 ； 路中的导线断落 、断路器非全 相运行 以及熔断 时 ， 可采取此法 。需要指 出的是 ， 加装 消弧线 圈 为三相励磁电感 与母线 电容并联 器 的一相或 两相熔断 也可能使系统 中 的电感 、 以后 ，系统 中若发生断线故障或 出现纵 向不对 后的导纳。 电容元件 形成 串联谐 振回路 ， 中电感一般 是 称 电压时 ，消弧线 圈可能与系统 电容和 电压互 其 在正 常运行情况下 ，由于电压互感器励磁 指 空载或轻负载 变压器 的励磁 电感 等 ，电容 一 感器励磁 电感之 间呈现 串联谐振状态 ，同样可 阻抗很大 各相导 纳呈 现容性 ， 而扰动结果使 ｖ 般是指导线 的对地和相 问电容 ，或 电感线 圈的 能引起铁磁谐振问题 。因此加装消弧线圈抑制 相和 Ｗ相 电感 即 Ｌ Ｖ和 Ｌ 减小 ，电感 电流增 对地杂散电容 等。 Ｗ 因此 ， 中． 在 性点不 接地的系统 铁磁谐振的问题需要针对配 电网特点考虑这种 大， 可能使 ｖ相和 ｗ 相导 纳变成感 性 ， 构成 如 网络 中， 断线谐振出现的频率非常高 ， 并且会造 可能性。 图１ 所示 的等值电路图 ， 导纳 和容性导 成各种严重后果 。而且 由于铁芯的磁饱和引起 感性 ４结论 纳 相互抵消 ， 使总导纳 Ｙ ＋ ｖ Ｙ 显著减小 ， 电流 、 波形的畸变 ， ｕＹ＋ｗ 电压 即产生 了谐波 ， 谐振 使 通过 以上分析 ，中性点不直接接地系统 中 位移 电压 Ｅ 大为增加’ ０ ，如果参数配合适 当 ， 总 回路还会对谐波产生谐振。 产生 的铁磁 谐振过电压会 对电力 系统造 成严 重 导纳接近于零 ， 就产生了串联 谐振现象 ， 中性点 ３消除铁磁谐振的措施 的后果 ，因此采用将电压互感器开 口三角短接 位移 电压将急剧上升日 。引起 电磁式 电压互感器 为 了限制和消除这种零序 性质 的谐振过电 或 电压互感器 中性点经高 阻抗接地等措施可大 励磁 电流急剧上升等 ， 即铁磁谐振现象 。 压， 采用下列措施将取得显著效果。 但根据某高 大减少铁磁谐振的发生 ，至于采用何种消谐方 ２常见的铁磁谐振过电压现象 校仿真研究结果 ， 任何措施都有一定局 限性 ， 不 法 ， 根据当地系统的实际情况 ， 应该 结合系统的 ２ 运行开关操作引起的铁磁谐振 ｌ 是绝对可靠的 ， 采用时应予以注意。 运行方式 ， 在充分借鉴和积累的基础上 ， 分别采 在 中性 点不接地系统 中运行 的接地 电压互 ３ 在剩余 电压绕组 开 口三角端 子并接一 取措施 ， ． １ 以达到预期的 目的。 感器 ， 其每相绕组和线路每相 电容并联 ， 形成并 个 电阻 Ｒ或加装 专用消谐器 。 参 考 文 献 联谐 振回路 ， 在暂态激发 的条件 下 ， 、 闸 ， 如开 合 在电网正常运行时 ，开 口三角绕组端 口基 【刘晖． 电力 系统铁 磁谐振过 电压叨 江西 电 １ 】 浅析 ． 本无 电压 ，如果在端 口 力 ．０ ６ ２ｏ． 上接人 电阻 Ｒ 不消耗 李顺福． 电压互感器铁芯饱和谐振过电压的分 能量 ，当系统因单相接 析及预 防措施 青海 电力，０３ ． ２０． 地故障而发生 中性点偏 ［】 ３凌子恕． 高压互感 器技 术手册 北京： 中国电 ｏ５ 移时 ，开 口三角绕组端 力 出版 社 ２ ｏ． Ｌ 二二二二二］一 ＿ Ｉ 口出现 电压 ， Ｒ消耗 能 郭景武 ， 荣新 消 谐装置在 电力 系统 中的应 张 量 ，而且 Ｒ值越小 ， 消 用分析 天津电力技 术，０５ ． ２０ 年增刊． （原理接线 图 ａ ） （等值 电路 图 ｂ ） 耗能量越多 ，限制谐 振 【ｌ ５ 黄建硕铁 磁分频 谐振过 电压 的产生 、 害及 危 图 １中性点不接地 系 中电压互感器谐振接 线图 统 的作用越明 显。 如果 Ｒ 措施加． ＝ 电工技 术应 用，０ ７ ２０．
浅谈铁磁谐振的危害及消除方法
浅谈铁磁谐振的危害及消除方法作者：樊苗苗来源：《科学与财富》2016年第25期摘要：本文解释了变电站变电站铁磁谐振及过电压产生的诱因，根据铁磁谐振导致设备损坏的外部特征，分析了铁磁谐振的危害和消除铁磁谐振的方法。
关键词：铁磁谐振；危害；消除方法引言在电力系统中，由于系统架构的复杂性和运行方式的灵活性，易造成运行参数具有随机性，促使系统参数变化，从而引起含有电感、电容元件的电网，电磁能量振荡转化或传递而造成电网过电压。
铁磁谐振过电压的现象外部特征明显，直接威胁电力系统安全运行。
严重时会引起电压互感器（PT）的爆炸，造成事故。
必须采取有效的防范对策，保证系统和人身安全。
在我十五年的运行工生涯中就遇到和听说多起电压互感器（PT）烧毁或爆炸事故，究其原因是因为铁磁谐振。
1 铁磁谐振及过电压产生的诱因电力系统架构复杂、运行方式灵活，运行参数具有随机性，促使系统参数变化。
系统中的电感、电容元件在系统进行操作或发生故障刺激下，形成各种振荡回路，特别是变压器、互感器等具有铁芯和绕组的电气设备在某种特定激励作用下，很容易因电磁耦合，产生串并联谐振现象，导致严重的铁磁谐振过电压。
据统计：35kV系统中铁磁谐振过电压占总故障的55%；10kV系统中铁磁谐振过电压占总故障的50%。
而35kV及以下电网大部分采用中性点不接地方式运行，且由于35kV及以下电网结构相对薄弱，受地理、环境、气候、绝缘老化等因素的影响，发生故障的几率较大，加之系统运行方式多变，操作频繁，从而导致了系统铁磁谐振过电压的现象时有发生。
诱发电网铁磁谐振过电压的原因分析如下：（1）故障发生后，强大的饱和电流流过具有铁芯和绕组的电气设备，由于暂态的电磁耦合，产生铁磁谐振，形成铁磁谐振过电压。
（2）系统有各种运行方式，在不同的运行方式下，系统的阻抗、感抗和容抗也随之发生变化，特定条件下，会引起系统谐振，然后过渡成铁磁谐振，形成铁磁谐振过电压。
（3）在中性点不接地系统中，受操作或系统故障的刺激，会引起电压互感器的电磁耦合，使铁芯迅速饱和后产生铁磁谐振，迫使系统的中性点发生位移，导致系统过电压的现象尤为突出。
浅析电压互感器铁磁谐振解决方案
浅析电压互感器铁磁谐振解决方案电压互感器是变压器的一种，用于测量高压电网上的电压，是保护设备中的重要组成部分。
在实际应用中，电压互感器的铁磁谐振问题一直是困扰电力行业的一个难题。
铁磁谐振是由于电压互感器铁芯在高电压下的变压器操作中出现的一种现象。
本文将对电压互感器铁磁谐振问题进行浅析，并提出一些解决方案。
铁磁谐振是由于电压互感器铁芯在高电压下工作时，其磁化特性和线圈特性之间的非线性作用引起的。
当电压互感器处于高压状态时，铁芯中的磁通量会出现非线性变化，导致铁芯和线圈之间发生磁谐振，引起电压互感器的工作不稳定，影响保护系统的可靠性。
铁磁谐振不仅会导致电压互感器输出信号的失真，还会对保护装置产生误动作，给电网带来安全隐患。
针对电压互感器铁磁谐振问题，我们可以采取以下解决方案来进行处理：1. 优化设计铁芯结构：通过优化设计电压互感器的铁芯结构，可以减少铁芯的非线性特性，降低铁磁谐振的发生概率。
可以采用高磁导率且具有低磁滞特性的材料来制作铁芯，减少铁芯的磁滞损耗，提高铁芯的工作稳定性。
2. 采用谐振阻尼器：在电压互感器中加入谐振阻尼器可以有效地抑制铁磁谐振现象的发生。
谐振阻尼器可以通过改变电路参数来调节线圈的谐振频率，使其与铁芯的谐振频率不一致，从而避免谐振现象的发生。
3. 控制电路技术：通过采用先进的控制电路技术，可以对电压互感器的输出信号进行有效地滤波和校正，使其满足保护装置的要求，提高保护系统的可靠性。
4. 加强监测和维护：加强对电压互感器的监测和维护工作，及时发现和解决铁磁谐振问题，可以有效地提高电压互感器的工作性能和可靠性。
电压互感器铁磁谐振问题一直是电力行业的一个难题，需要通过优化设计铁芯结构、采用谐振阻尼器、控制电路技术和加强监测维护等多种手段来进行解决。
只有通过不断的技术创新和改进，才能提高电压互感器的工作稳定性和可靠性，保障电网的安全运行。
浅谈电力系统中的铁磁谐振过电压及消除方法
浅谈电力系统中的铁磁谐振过电压及消除方法摘要：本文简要分析了电力系统中铁磁谐振产生的原因、现象及对电气设备的危害，并介绍了消除铁磁谐振过电压的常用方法。
关键词：电力系统；铁磁谐振；过电压；电容；电感1 引言电力系统中有许多的电感、电容元件，如变压器、互感器、电抗器、消弧线圈、发电机等的电感，输电线路的对地电容及相间电容，以及各种高压设备的电容。
这些电感，电容元件在特定的参数配合条件下构成振荡回路，当系统进行操作或发生故障时形成谐振现象，从而产生谐振过电压，导致系统中某些电气设备出现严重的过电压而损坏，影响电力系统的安全运行。
2铁磁谐振过电压产生的原因电力系统内，一般的回路都可简化成电阻R、感抗、容抗的串联和并联回路。
铁磁谐振回路由带铁芯的电感元件(如空载变压器、电压互感器)和系统的电容元件组成。
正常运行条件下，感抗大于容抗，即＞，此时电路运行在感性工作状态，不具备线性谐振条件，回路保持稳定状态。
铁磁谐振回路的容抗在频率不变的情况下基本上是个不变的常数，而感抗一般是由带铁芯的线圈产生的，铁芯饱和时感抗会变小。
当电源电压有所升高或电感线圈中出现涌流时，就有可能使铁芯饱和，其感抗值随之减小，当＝时，即满足串联谐振条件，于是发生铁磁谐振[4]。
电力系统运行参数具有随机性，其运行方式灵活，构架比较复杂，容易使系统参数发生变化。
在进行操作或者发生故障的条件下，电力系统中的电容和电抗元件很容易形成振荡回路，尤其是主变压器，电压互感器等有绕组及铁芯的设备在一定的激励条件下，最容易产生电磁耦合现象，进而产生串、并联谐振，引发铁磁谐振过电压。
35kV、10kV系统大多采用中性点不接地方式运行，电网结构相对薄弱，加上电力系统操作频繁，运行方式又多变，很容易导致铁磁谐振过电压。
据有关统计，铁磁谐振过电压导致故障概率高达50% ～ 55%。
铁磁谐振过电压导致故障的严重性可见一般。
铁磁谐振过电压本质上是由于非线性励磁电感与电力系统对地电容所构成的铁磁谐振所引发的电网中性点不稳定现象。
浅析电压互感器铁磁谐振过电压防范措施
浅析电压互感器铁磁谐振过电压防范措施电压互感器是电力系统中常见的一种测量设备，其作用是将高压变电器的高电压变换为低电压用于测量和保护系统。
电压互感器在运行过程中会受到各种干扰和影响，其中铁磁谐振过电压是一个常见的问题。
本文将对电压互感器铁磁谐振过电压的原因进行分析，并提出相应的防范措施。
一、铁磁谐振过电压的原因1. 铁芯饱和电压互感器的铁芯在运行过程中，会受到系统电压的影哨，当系统电压过高时，铁芯可能会发生饱和现象。
当铁芯饱和时，会导致互感器的谐振频率发生变化，从而产生过电压。
2. 负载变化3. 保护动作在系统故障或过载状态下，保护设备会进行动作，引发短时过电压。
这种过电压也可能引起电压互感器的铁磁谐振现象。
1. 加强互感器绝缘为了防范铁磁谐振过电压的发生，首先要确保互感器的绝缘性能良好。
在选择互感器时，应选择具有较高击穿电压的绝缘材料，以提高互感器的绝缘强度。
2. 优化互感器设计在互感器的设计过程中，应该根据系统的电压和负载特性，优化互感器的结构和参数，以减少铁磁谐振过电压的可能性。
3. 使用补偿电容器在互感器的设计中，可以加入合适的补偿电容器来抵消铁磁谐振过电压。
补偿电容器的选择和布置是一个复杂的工程问题，需要根据实际系统情况进行综合考虑。
4. 定期检测为了确保电压互感器的正常运行，需要定期对其进行检测和维护。
通过定期检测，可以及时发现互感器存在的问题，并采取相应的措施进行修复。
5. 系统优化在系统设计和运行过程中，应该保持系统的稳定性，避免出现系统过载或短路等故障情况，以减少铁磁谐振过电压的发生。
电压互感器铁磁谐振过电压是一个常见的问题，但通过合理的设计和操作措施，可以有效地防范和解决这一问题，从而确保电力系统的安全稳定运行。
希望本文的分析和建议能够为电力系统工程技术人员在实际工作中提供一些参考和帮助。
浅析铁磁谐振及应对措施
浅析铁磁谐振及应对措施摘要铁磁谐振是电力系统自激振荡的一种形式,是由于变压器、电压互感器等铁磁电感的饱和作用引起的持续性、高幅值谐振过电压现象。
首先简述电力系统中性点的接地方式,然后结合我公司中性点不接地系统发生的一起单相接地故障,简要分析铁磁谐振产生的原因,以及应对措施。
关键词电力系统中性点;接地;电压互感器;铁磁谐振1电力系统中性点接地方式电力系统中性点是指线路首端电压所连接的变压器绕组三相接成星形接线时绕组的末端连接点。
电力系统中性点接地是一种工作接地,接地方式通常有中性点直接接地、中性点不接地(绝缘)或经消弧线圈接地等。
1.1中性点直接接地是指电力系统中至少有一个中性点直接或经小阻抗与接地装置相连接。
这种接地方式是通过系统中全部或部分变压器中性点直接接地来实现的。
其作用是使中性点经常保持零电位。
当系统发生单相接地故障时,能限制非故障相对地电压的升高,从而可保证单相用电设备的安全。
但中性点直接接地后,单相接地故障电流较大,一般可使剩余电流保护或过电流保护动作,切断电源,造成停电;发生人身一相对地电击时,危险性也较大。
所以中性点直接接地方式不适合对连续供电要求较高及人身安全、环境安全要求较高的场合。
1.2中性点不直接接地系统是指电力系统中性点不接地或经消弧线圈、电压互感器、高电阻与接地装置相连接。
中性点不接地可以减小人身电击时流经人体的电流,降低设备外壳对地电压,单相接地故障电流也很小,且接地时三相线电压大小不变,故一般不需停电,因此供电可靠性高。
中性点不接地系统发生单相接地时,会引起三相电压不平衡:发生单相一点接地时,由于系统与地未构成回路,所以短路点流过的电流较小,主要为容性不平衡电流;发生单相一点接地时,线电压大小不变且对称,因此仍可继续运行一段时间,但一般规定不超过2小时。
1.3发生单相接地故障的危害单相接地又分为金属性接地和非金属性接地两种:金属性接地相电压为零,其他两相电压升高为相电压的1.732倍。
电压互感器铁磁谐振产生原因和抑制措施
电压互感器铁磁谐振产生原因和抑制措施摘要：电力系统的结构可以说是很复杂的，电压互感器铁磁谐振会带来一定程度的影响，其中比较常见的便是烧坏电压互感器，进而导致高压电机跳闸使生产停止，造成经济损失。
文章通过对电压互感器铁磁谐振的产生原因进行分析，提出了几点措施，以供相关部门参考利用。
关键词：电压互感器；铁磁谐振；危害；消除措施1引言通常情况下，直接接地系统和不接地系统共同组成电力系统接地系统。
直接接地系统的特点是容易产生并联谐振，不接地系统的特点是当发生单相接地时，容易出现串联谐振。
长期以来，电网的安全、稳定运行受到电力系统谐振过电压的严重影响和制约。
铁磁谐振在中性点不接地系统中所占的比例比较大。
当前，铁磁谐振问题随着电网的不断发展，在中性点直接接地系统中变得越加突出、严重，发生的概率也在逐渐增大，公司系统多次发生铁磁谐振引起的过电压案例，对电网的冲击很大，危害很深，应引起足够的重视。
2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振荡回路，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XL大于容抗XC；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XC，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。
铁磁谐振原因及消谐措施分析
铁磁谐振原因及消谐措施分析发布时间：2021-12-21T10:09:23.006Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第15期作者：刘世杰刘照辉李童刘新宇顾尚鹏[导读] 剖析在外部因素激发下电压互感器发生铁磁谐振的根本原因，分析谐振特性，并制定相应的预防措施。
辽宁红沿河核电有限公司辽宁大连 116000摘要：剖析在外部因素激发下电压互感器发生铁磁谐振的根本原因，分析谐振特性，并制定相应的预防措施。
关键字：铁磁谐振电压互感器中性点不接地系统消谐措施0、引言电压互感器作为电力系统中重要的保护、测量元件，一旦发生故障将造成重大损失；而铁磁谐振又是引发电压互感器损坏的最常见原因，因此在使用电磁式电压互感器时应该采取相应预防措施，以保证电压互感器正常工作，确保电力系统安全稳定运行。
1、谐振条件在中性点不接地系统中，由于接地保护的需要，三相电压互感器的中点是直接接地的，因此电压互感器与电网线路对地电容并联而形成谐振回路，电磁式电压互感器的电感是非线性的，这种谐振回路为非线性谐振回路，或称铁磁谐振回路。
鉴于电磁式电压互感器的非线性励磁特性，电力系统正常运行时电压互感器不会饱和且呈现出很大的感抗。
当系统发生扰动（如投入和断开空载母线、单相接地突然消失、外界对系统干扰或系统操作产生过电压等）时，电压互感器会由于电压上升而达到饱和，电压互感器中的暂态励磁电流急剧增大，感抗下降，并且由于三相饱和程度不同而产生中性点偏移电压。
当系统的容抗和电压互感器的感抗相等或接近时容易发生分频、基频和高频谐振，电压互感器一次绕组电流远大于额定值时，会导致电压互感器高压熔丝熔断，造成电压互感器二次电压消失，引发厂用电切换，同时也易导致电压互感器因过热而爆炸。
当XC / XL＜0.01时，谐振不会发生，当0.01≤XC / XL≤0.1时，会发生分频谐振，而且起振电压很低；当0.1≤XC / XL≤1时会发生工频谐振（基波），XC / XL≥1时进入高频谐振区。
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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我们知道，在简单的R、C、L电路中，当感抗等于容抗时，即ωL=1/ωC，即满足了串联谐振条件，在电感和电容两端便形成过电压，回路电流的相位和幅值会突变，发生谐振现象。
电力系统中，变压器、互感器和电机等铁芯电感元件，其励磁电感与磁通密度大小有关。
当外加电压超过其额定电压时，或绕组中出现涌流时，铁芯中磁通密度严重饱和，电感即呈现出非线性。
由非线性电感元件参与的谐振称为铁磁谐振。
在图3所示的简单串联谐振回路中，如电感L为非线性的铁芯电感元件，则在一定条件下即可能产生铁磁谐振。
假设在正常情况下，电感L处于线性状态，回路中的初始感抗大于容抗（ωL0＞）电路不具备谐振条件。
但是，当铁芯电感L两端的电压有所升高，电感线圈出现涌流时，就有可能使铁芯饱和。
其电感值随之减小，以至可能使回路达到ωL0＝，从而满足串联谐振条件，在电感和电容两端产生过电压。
回路中的电感不是常数，产生的谐振以磁饱和为特征，这就是铁磁谐振现象。
2.2铁磁谐振的特征①谐振频率。
谐振频率f由回路中电感和电容的参数决定。
铁磁谐振的频率可以等于电源频率（基波频率），也可以等于电源频率的简单倍数（高次谐波）或等于电源频率的简单分数（分次谐波）。
②谐振的必要条件。
产生铁磁谐振的必要条件是电感和电容两条伏安特性曲线必须有交点，交点处有：ωkL＝，交点以前有：ωkL0＞。
其中L0为铁芯尚未饱和时初始电感值。
对变压器、互感器等设备而言，一般指其在额定线电压的激磁电感值。
ωk为谐振频率。
③谐振的自保持和自消失。
铁磁谐振一旦激发起来，当短时的激发条件消失后，在较低电源电压作用下，铁磁谐振仍可能长期存能在下去，即谐振能够自保持。
同样铁磁谐振在激发因素过后也可能自行消失。
3中性点不接地系统的铁磁谐振发电厂（变电所）母线上的TV高压绕组接成星形，中性点直接接地；低压绕也接成星形，辅助绕组接成开口三角形，用于电压指示、电度计量、继电保护及故障判断指示。
TV具有很大的激磁阻抗，它与输电线路等设备的对地容抗形成特殊的单相或三相谐振电路，激发起各种谐波的铁磁谐振过电压。
3.1TV铁磁谐振的物理过程如图4所示，TV组成了三相谐振回路。
其中C0为架空线路、电缆及母线其它设备的对地电容，L为TV的激磁电感，EA、EB、EC为三相电源电势。
在正常情况下，TV三相激磁电感工作在线性状态下，可认为是三相对称的。
当某种原因激起谐振时，TV的一相、两相或三相绕组上电压升高，各相导线对地电压发生变化，表现为电源变压器中性点发生电位移，出现了一个零序电压U0。
设在某种故障情况下，电源电压A相降低，B、C两相升高，则A相TV励磁电抗仍为线性初始值，且大于容抗，它与容抗并联后使A相的对地导纳为容性，而B、C相由于电压升高，B、C相的TV励磁电抗已进入饱和区，它与容抗并联后使B、C相的对地导纳并为感性。
即：YA=+jωC0=C’，YB=YC=+jωC0=-j。
图4所示的回路转变为图5的三相等值网络。
因为Ｉ．i=（Ｉ．i+Ｕ．0）Yi（i=A、B、C），且Ｉ．=0，则得到：Ｕ．0=-，将各相导纳带入，得Ｕ．0=-。
总结以上分析，谐振过电压的产生是由于系统内出现了零序电压Ｕ．0，而Ｕ．0的产生又导致TV非线性电感的饱和。
产生谐振条件为：①电源变压器中性点不接地，使得零序性质的串联谐振回路得以形成。
即TV引起的铁磁谐振只能在中性点不接地系统才会产生。
②中性点直接接地，开口三角形负载很小，基本为开路状态。
如果TV中性点不接地，则各相绕组跨接在电源相电压上而不与对地电容并联，从而谐振回路不能形成。
另外若开口三角形绕组闭合短路，其中所感应的零序电流在三角绕组中自成回路，对TV高压侧产生去磁作用，可以抑制或消除谐振现象。
③电网的对地电容与TV励磁电感相匹配，且初始感抗大于容抗。
④一般需要外激条件，TV铁芯达到饱和，才能激起谐振。
常见激发条件有：空载母线或线路的突然合闸、雷击、线路瞬时弧光接地、电源变压器高压侧的传递过电压等等。
3.2TV铁磁谐振的影响因素①TV特性的影响。
TV特性不好，铁芯容易饱和，在谐振时绕组中将流过很大的电流，导致熔丝熔断、TV烧毁。
在电网中，由于往往有很多台TV并联运行。
在谐振回路综合激磁阻抗由每台TV并联而成，故并联TV台数越多综合激磁阻抗越小，越容易激发谐振。
因此，要消除谐振，不但要用特性较好的TV，而且尽可能减少并联台数。
②电网对地电容的影响。
电网对地电容参数发生变化时，直接影响产生谐振的性质。
当该值变化（增大或减小）到某一值时，可使谐振不能发生。
③其它影响因素。
激发因素对于谐振的产生与否、谐振的性质有着较大的关系。
回路电阻、TV高压绕组的损耗电阻、TV开口三角形的电阻以及TV高压侧线端及中性点的电阻等，对谐振都具有阻尼作用，可使谐振区域缩小。
3.3中性点直接接地系统铁磁谐振产生的原因由前面的分析得知，对中性点直接接地系统，TV绕组分别与各相电源电势相连，电网中各点电位被固定，不会出现中性点位移过电压，因此不会发生铁磁谐振。
但是，在某些条件下，由于操作不当或某些倒闸过程，也会形成局部电网在中性点不接地方式下短时运行。
在中性点直接接地电力系统中，一般铁磁谐振的激发因素为合刀闸和开关分闸。
在进行此操作时，由于电路内受到足够强烈的冲击扰动，使得电感L两端出现短时间的电压升高、大电流的振荡过程或铁芯电感的涌流现象。
这时候很容易和高压开关的均压电容Ck一起形成铁磁谐振。
4消除铁磁谐振的措施从原理上说欲消除谐振，就必须设法破坏谐振条件。
通过前面的分析，我们可以从两个方面采取措施：改变电网电气参数及接入阻尼电阻。
常见的消谐措施有以下几种。
4.1中性点不接地系统的消谐措施采用励磁特性较好的TV，这是一种治本的措施，但TV的励磁特性越好，产生TV谐振的电容参数范围就越小，虽可降低谐振发生的概率, 但一旦发生，过电压、过电流更大，可能会带来更大的危害；在母线上装设中性点接地的三相星形电容器组，增加对地电容；TV一次侧中性点经零序电压互感器接地，此类型接线方式的TV称为抗谐振电压互感器；TV二次侧开口三角形绕组接入阻尼电阻，其电阻值越小，越能抑制谐振的发生。
常见的方式是接入一只500～1 000 W白炽灯泡或消谐器来消除谐振。
佛子岭水电站即采用后者。
从实际运行效果来看，该装置对消除高次谐波和分次谐波谐振效果明显，但对消除基波谐振作用不大；变压器中性点经消弧线圈接地；TV高压侧中性点经阻尼电阻接地；减少系统中TV中性点接地台数。
4.2中性点直接接地系统的消谐措施尽量保证开关动作时三相同期性，防止非全相运行；改用电容式电压互感器，从根本上消除了产生谐振的条件，但是电容式电压互感器价格高、带负载能力差；母线TV高压绕组串接或并接一个阻尼绕组；在开口三角形回路中接入消谐装置。
在上述各种消谐方法中，多数需要加装设备和增加投资，或者受现场运行条件所限而难以实现。
因此，应根据各厂（站）的实际情况，尽量采取最简单有效的措施。
以本文中佛子岭水电站实发故障为例，对35 kV系统，可采取母线分段运行或解除一组TV中性点接地的措施；发生谐振时，可迅速短接TV二次侧开口三角形绕组或拉开一回空载线路。
对110 kV系统，最可行的方式是改变倒闸操作程序：停运母线时，先拉开母线TV，再拉开线路开关。
综上所述，铁磁谐振现象在电网运行中容易发生并且具有相当的危害性。
我们必须加强对现场运行人员的技术培训，使其掌握一些谐振产生的条件、特征，在系统发生异常时，及时判断并采取正确的措施，从而避免和限制事故的发生。
参考文献：[1] 周泽存.高电压技术.北京:水利电力出版社,1994.[2] 李坚.电网运行及调度技术.北京:中国电力出版社,2004.[3] 万千云,梁惠盈,齐立新,等.电力系统运行实用技术.北京: 中国电力出版社,2005.。