铁磁谐振过电压
铁磁谐振过电压
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
(2)当电源容量为有限值时，XS 的存在电 容效应，就像增加了导线长度一样。 容量越小，工频电压升高得越严重。
因此为了估计最严重的工频 电压升高，应以系统最小电
源容量为依据。
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
二、不对称短路引起的工频电压升高
• 当A相接地时，可求得B、C两健全相 上的电压为
闸和自动重合闸。
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
一、计划性合闸引起的过电压
A QF B L
在计划性合闸之前，
i
线路上一般不存在
e(t)
C T u 残余电荷，初始电压
为零，在合闸初瞬间
的暂态过程中，电源
图39-－5 5 空载线路合 电压通过等值电感 闸时的等值电路 对空载线路的等值电容
充电，回路中将发生高频振荡过程。
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
由以上分析可知，按工频熄弧理 论分析得到的非故障相的过电压 倍数为3.5，故障相的最大过电 压倍数为2倍，过电压的波形具 有同一极性，且故障相不会产生 振荡过程。
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
二、影响电弧接地过电压的因素
1．电弧燃烧与熄灭的随机性 2．输电线路的相间电容及回路损耗 3．中性点的接地方式
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
e(t) Em cost
i(t) Em cos(t 90 )
XC XL
u(t)
CT
e(t )
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合 图3-2
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
t t1 uAB
t t2
t1
u AB 2Em
，
35kV配电网铁磁谐振过电压及抑制措施研究
通 。 由于 Ｔ Ｖ的励磁 感抗 很 大 ，其 中流 过 的 电流很
压 侧 中性 点 接 地 ， 着 运 行 线 路 的增 加 ， 统 对 地 随 系
电容增 加 ， 发生谐 振 的频 率 将 降低 ， Ｈ．． ｅｅｓｎ 和 Ａ Ｐ ｔ ｏ ｒ
１ ．８ｋ 第二 条母 线上 的 出线 为富 达线３ １ ， 空 ０９ ｍ， ５２架
线 长 １ ｍ， 天线 ３ １ ． 空 线 长 ４ ｍ， 外 界 ．ｋ 府 ７ ５３架 ．ｋ 设 ４
激发 方式 为 王付 线３ １ 架 空线 末 端Ａ相发 生单 相 接 ５ １ 地故 障 消失 。本 文 中的单 相接地 故 障消失 均是指 系
过 电压 或者 系 统运 行 方式 突 然改 变 、 荷 的剧 烈 波 负
动等 引 起 系统 电 压 的强烈 波 动『 ３ １ 面 将结 合 系 统 。下
的实 际接 线情 况 ， 以下 几 种激 发方 式 引 起 的铁 磁 对 谐振 进行 分析 比较 。 （） １ 激发 方 式一 ： 带有 １ 、 对 号 ２号 主变 压器 Ｔ ｖ 的空母线 突然 合 闸 。 实 际操 作 中 ，断路 器 操 作机 构 性 能存 在差 异 ，
长期 运 行经 验 表 明 ， 相 接地 故 障是 电力 系统 单
中的主要 故 障形式 ， 占故 障 ６％以上［ 约 ０ ４ １ 。当系 统发
生 单 相 接地 时 ， 障 点会 流 过 电 容 电 流 ， 接 地 相 故 未
（ ） 发方 式二 ： 空载送 电线 路突然 合 闸 。 ２激 对 设 断路器 三 相不 同期 合 闸 。 分别 合 ３ １ 、５ ２ ５ １３ １ 、
由图 ４可知 ， 用 不 同期合 闸 系统 ３ Ｖ 母线 采 ５ｋ 上 ３条 空线 未能 激发谐 振 。 （ ） 发方 式三 ： ３激 线路 发生 单相 接地 故障 消失 。
铁磁谐振过电压对电网有哪些危害？
铁磁谐振过电压对电网有哪些危害？
前面小编带大家了解了铁磁谐振对电力设备的危害，那对电网又会有哪些危害呢，请大家跟我来了解：
当线路发生单相接地或断路器操作等干扰时，造成电压互感器电压升高，三相铁芯受到不同的激励而呈现不同程度的饱和，电压互感器的各相感抗发生变化，各相电感值不相同，中性点位移产生零序电压。
由于线路电流持续增大，导致电压互感器铁芯逐渐磁饱和，当满足ωL＝1/ωC时，即具备铁磁谐振条件，从而产生铁磁谐振过电压，其造成的主要影响如下：
（1）中性点不接地系统中，单相接地时接地电弧不能自动熄灭必然产生电弧过电压，一般为3~5倍相电压甚至更高，致使电网中绝缘薄弱的地方放电击穿，并且在过电压的作用下极易造成第二点接地发展为相间短路造成设备损坏和停电事故，严重威胁电网安全运行。
（2）在发生铁磁谐振时，电压互感器一次励磁电流急剧增大，使高压熔丝熔断。
如果电流尚未达到熔丝的熔断值，但超过了电压互感器额定电流，长时间处于过电流状况下运行，必然造成电压互感器烧损。
（3）铁磁谐振发生后电路由原来的感性状态转变为容性状态，电流基波相位发生180°反转，发生相位反倾现象，可导致逆序分量胜于正序分量，从而使小容量的异步电动机发生反转现象。
（4）铁磁谐振时产生高零序电压分量，出现虚幻接地和不正确的接地指示。
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。
铁磁谐振过电压
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, 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。
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。
铁磁谐振过电压机理是什么？
铁磁谐振过电压机理是什么？
在中性点非有效接地的配电系统中，若电网中发生单相接地铁磁谐振过电压故障，该电压等级电网母线上都将出现数值较高的零序电压。
利用这一特点，配网变电所母线上所接的绝缘监测装置，即一个三相五柱式电压互感器，其二次侧的星形联结绕组接三个电压表，以测量各相电压；另一个二次侧绕组接成开口三角形，接入过电压继电器，用来反映线路单相接地时出现的零序电压。
当电网发生单相接地铁磁谐振过电压故障时，故障相对地电压为零，其他两相对地电压升高，同时出现零序电压，使继电器动作，发出故障信号。
但是在配电网中，PT铁磁谐振和PT断线故障与单相接地故障类似，都能引起电网电压异常，使PT开口三角形两端产生电压，绝缘监测装置发出接地信号。
因此，为了准确的判别故障类型，除监测PT开口三角两端电压外，还需要对配电网中单相接地故障、PT铁磁谐振和PT断线故障的特征进行分析加以区别。
电力系统中产生铁磁谐振过电压的原因
电力系统中产生铁磁谐振过电压的原因电力系统中的铁磁谐振过电压是指在一些特定的运行条件下，电力系统中的铁磁元件（如变压器、电感器等）由于谐振现象而产生的过电压。
这种过电压会对电力设备和系统的安全稳定运行产生不利影响，因此对于铁磁谐振过电压的产生原因进行深入的研究和分析具有重要意义。
铁磁谐振过电压的产生主要是由于电力系统中的谐振特性和非线性特性的相互作用引起的。
具体而言，以下是造成铁磁谐振过电压的几个主要原因：1. 谐振频率与系统频率接近：电力系统中的铁磁元件具有一定的谐振频率。
当系统频率与铁磁元件的谐振频率接近时，就容易引发谐振现象，从而产生过电压。
这是因为谐振频率附近会出现共振现象，电力系统中的能量在谐振回路中积累，导致过电压的产生。
2. 非线性特性引起的谐波：电力系统中存在各种非线性元件，如变压器的磁化曲线非线性、饱和等。
这些非线性特性会引起系统中谐波的产生和传播，进而导致铁磁谐振过电压的产生。
当谐波频率与铁磁元件的谐振频率相近时，谐波能量会在铁磁元件中积累，导致过电压的产生。
3. 谐振回路的存在：电力系统中的变压器、电感器等铁磁元件与电容器、线路等组成了谐振回路。
当这些元件的参数满足一定的条件时，谐振回路就会形成，从而引起谐振现象和过电压的产生。
4. 突变负载的突发性变化：电力系统中的负载存在突变的情况，例如突然断开大负载或突然接入大负载。
这样的突变负载会导致电力系统中的谐振频率发生变化，从而引起铁磁谐振过电压的产生。
为了避免铁磁谐振过电压对电力系统的影响，可以采取以下几种措施：1. 谐振频率的分析和计算：对于电力系统中的铁磁元件，需要进行谐振频率的分析和计算。
这样可以了解系统中是否存在谐振频率接近的情况，并采取相应的措施来避免谐振现象的发生。
2. 谐振回路的设计和调整：在电力系统的设计和运行过程中，需要合理设计和调整谐振回路。
这包括选择合适的元件参数、合理布置线路等，以降低谐振回路的谐振能力，减少谐振过电压的产生。
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f0 mf
CT
CTLKCS
CT
二、影响过电压的因素与限制措施
1．影响过电压的因素 (1)断路器的性能 (2)变压器的特性 (3)变压器中性点接地方式 2．限制过电压的措施
可用磁吹阀式避雷器或金属氧化物避雷器来限制
3.3.1.4 电弧接地过电压
中性点不接地系统中发生单相接地故障时，经过故障点的电容电流处于某一范围内时，可能出现电 弧的燃烧与熄灭的不稳定状态。这种间歇性的电弧将导致系统中电感——电容回路的电磁振荡过程， 产生遍及全电网的间歇性电弧接地过电压。
铁磁谐振的条件：
KL0
1
KC
图3-18 图3-19
若忽略回路 电阻
•• •
EULUC
EUULUC
三、参数谐振过电压
在含有周期性变化的电感回路中，当感抗周期性变化的频率为电源频率的偶数倍，并有一定的容抗配 合时，就可能发生参数谐振过电压。
采用快速自动调节励磁装置、增大振荡回路的阻尼电阻等措施，一般可消除这种过电压。
• 中性点有效接地系统的绝缘水平可比非有效接地系统低20％左右。但降低绝缘水平的经济效益大小与系 统的电压等级有很大的关系.
• 在110kV及以上的系统中，采用有效接地方式以降低系统绝缘水平在经济上意义很大，成为选择中性点 接地方式时的首要因素 .
• 在66kV及以下的系统中，绝缘费用所占比重不大，一般均采用中性点非有效接地方式。
图3-4
3.3.1.2 空载线路的合闸过电压
空载线路的合闸过电压是常见 的一种操作过电压。空载线路 合闸有两种情况，即计划性合
闸和自动重合闸。
A QF B e (t)
一、计划性合闸引起的过电压
L
i CT
u 在计划性合闸之前， 线路上一般不存在 残余电荷，初始电压 为零，在合闸初瞬间 的暂态过程中，电源 电压通过等值电感
一、过电压产生的物理过程
L 为电源等值电感， S
L 为母线至变压器连线的电感， K
C 为变压器绕组及连接线的对地电容 T
L T 为 变压器的励磁电感
LS
u (t)
CS
C 为母线对地电容， S
QF
i
iL
iC
LT
CT
uC
LK
图 图39-7－ 7 切 除 空 载 变 压 器时的等值电路
iL
CT
iL
U0
UC
1.5K K 2
j
3 2
• U
பைடு நூலகம்
A0
K x0 x1
U BU C3K K 2 K 21U A 0K eU A0
Ke
3
K2 K1 K2
Ke
e
图3-15
三、发电机突然甩负荷引起的工频电压升高
当输电线路在传输较大容量时，断路器因某种原因而突然跳闸甩掉负荷，会在原动机与发电机内引起 一系列机电暂态过程，它是造成工频电压升高的又一原因。
Em
E m、……的规律变化，直到
Em
触头间有足够的绝缘强度，电弧不再 重燃为止。
二、影响分闸过电压的因素及限制措施
1．影响分闸过电压的主要因素 (1)断路器的灭弧性能 (2)电网中性点接地方式 (3)母线上的出线数 (4)线路的电晕损失及电磁式电压互感器
2．限制分闸过电压的主要措施 (1)提高断路器的灭弧能力 (2)加装并联电阻 (3)利用线路金属氧化物避雷器来保护
铁磁谐振过电压
1
要求
任务3.3.1电力系统操作过电压
熟悉电力系统中内部过电压的产生和发展过程，能正确利用各种措施避免或抑制电力系统中的 内部过电压.
3.3.1.1 空载线路的分闸过电压
切除空载线路是电力系统常见的一种操作。产生过电压的根本原因是断路器 分闸过程中的电弧重燃现象。
一、过电压产生的物理过程
工频电压升高的危害
1.工频电压升高与多种操作过电压有可能同时出现，相互叠加. 2.工频电压升高是决定某些过电压保护装置工作条件的重要依据 . 3.工频电压升高持续的时间很长，对设备绝缘及其运行条件也有很大影响 .
一、空载长线电容效应引起的工频电压升高
以线路末端作为距离的起点，线路上任意一点处的电
图图3-5 9 － 5 空 载 线 路 合
闸时的等值电路
对空载线路的等值电容
充电，回路中将发生高频振荡过程。
稳态值＋（稳态值－初始值） ＝
E m＋（
E m－0）
E ＝2
m
稳态值＋(稳态值－初始值)＝
E ＋［ m
E －（－ m
E ＝3 m
E ）］ m
图3-6
1．影响因素 (1)合闸相位 (2)线路损耗 (3)线路残余电 压的变化
t
2
t
2
t2
t t3 t2
t3
t2
T 2
U phm
u1
U 2 ( t m 3 ) U 3 ( t m 3 ) 2 ( 1 .5 U p) h 0 m .5 U p h 3 m .5 U ph
由以上分析可知，按工频熄弧理论分析得到的非故障相的过电压倍数为3.5，故障相的 最大过电压倍数为2倍，过电压的波形具有同一极性，且故障相不会产生振荡过程。
+.
. UA -
-
U
-
B.
UC
+N +
.
IC F
一、过电压发展的物理过程
2
.
I2
3
.
1
I3
C1 C3 C2
. . UB
U BA
. . I3
IC
.
I2
. UC .
UCA
.
UA
（a)
(b)
图图3-99－9 中性点绝缘系统发生单相接地的电路图及 相量图
(a)电路图；(b)相量图
C1 C2 C 3
C1C2C3C
压为
U
U2
U1
.
E
•
•
•
Ux
Ecos Ecos cos cosXSsin cos()
x
XS
. I1
.
U1
l,Z ,v
0.
. I2 U2
Z
图3图-139 － 1 3 沿 空 载 线 路 的 电 压 分 布
• 从线路末端（ 末端电压为
x 0 ）开始，沿线的工频电压按余弦规律分布，线路末端电压
• 讨论 (1)如果电源容量为无限大，则末端的工频过
u 1 ( t2 ) u A ( t2 ) U N D U ph U m ph 0 m
u 2 ( t2 ) u B ( t2 ) U N D 0 .5 U ph U m ph 1 m .5 U ph
u 3 ( t 2 ) u C ( t 2 ) U N D 0 .5 U p h m U p h m 1 .5 U p h m
1 LC
0
电容上的稳态 电压幅值为
UcmUm2URm1C
1 22
0
02
U cm
2
0
Um
1
0
2
1R
0
2L
C
图3-17
二、铁磁谐振过电压
• 铁磁谐振发生于含有铁心电感元件的振荡电路中。由于铁心电感元件的磁饱和现象，使回路的电感 不再是常数，而是随着电压或电流的变化而变化。在一定的条件下，回路中的感抗会出现和容抗相 等的情况，从而产生铁磁谐振现象。
三、影响合闸过电压的因素及限制措施
2．限制措施 (1)装设并联合闸阻 (2)采用单相自动重合闸 (3)同步合闸 (4)利用避雷器保护
3.3.1.3 切除空载变压器过电压
切除空载变压器也是电力系统中常见的一种操作。切除空载变压器就是开断一个小容量电感负荷， 这时会在变压器上和断路器上出现很高的截流过电压。
，
I2 I3 3CUph
IC 3I2 3CU ph
图3-10
t t1
U2m(t1)U3m(t1)稳态值＋（稳始 态值 值） － ＝2稳态值－初始值
t t2
＝ 2 ( 1 .5 U ph ) m ( 0 .5 U ph ) m 2 .5 U phm
u1(t2) 0
u2(t2 )u3(t2 )1.5Uphm
U
phm
1 2
CTU
2 phm
CT
LT
I0 CT
WL
1 2
LT I02
WC 12CTU02
1 2
C
TU
cm
2
＝
1 2
LT
I2 0＋
1 2
C
T
U
0
2
U＝ cm
LT CT
I02
U02
U＝ cm
m
LT CT
I02
U02
U cm ≈
m
LT CT
I02
mZTI0
图3-8
KU cm
U phm
1 mZT2πfL T
Q F LT
LT
LS A B 2
2
e(t)
CT
QF AB
L
i
e(t)
CT
u
(a)
(b)
图图3-19－1 切除空载线路时的等值电路
（a）等值电路；（b)简化后的等值电路
e(t)Emcots
i(t) Em cost (90)
XCXL
u (t )
CT
e(t)
图3-2
t t1
t1
u AB
t t2
u AB 2Em
知识点
绝缘配合的基本概念 绝缘配合的原则 绝缘配合的惯用法 绝缘配合的统计法和简化统计法 电气设备的绝缘水平的确定 架空输电线路绝缘水平的确定