谐振过电压1
谐振过电压分析及消谐技术
在电力供电系统或电网上，过电压现象十分普遍。
主要可分为谐振过电压、操作过电压和雷电过电压，其中谐振过电压在运行操作中出现频繁，其危害性较大。
过电压一旦发生，往往造成电气设备的损坏和大面积的停电事故。
中低压电网中过电压事故大多数都是由于谐振现象所引起的。
由于电网经常受到各种工扰，导致电气设备参数发生变化或电气设备工作状态发生变化，在电力系统振荡回路中产生谐振；甚至在正常的倒闸操作中都可能产生谐振，从而出现谐波过电压。
由于谐振过电压的持续时间往往较长，甚至长期存在，直至进行新的切换以破坏谐振条件力止。
不同性质的谐振过电压幅值在很大范围内波动，有时达到额定值的3倍以上。
由于谐振过申压的持续性质和较高幅值，对电器设备绝缘构成威胁，通常会预先采取措施加以限制，或一经产生谐振就立即采取对策，以限制谐振过电压的存在时问。
在实际情况下，由于故障形式和谐振组合回路的多样性，各种类型的谐振过电比往往频繁发生，造成设备绝缘的闪络、损坏甚至烧毁的严重后果。
1 谐振现象
工频谐振时，两相对地电压升高，一相降低；或者两相对地电压降低，一相升高。
发生分频谐振的现象：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。
高频谐振现象的发生虽然极少，但危害却特别大。
高频谐振时，三相电压同时升高，远超过线电压。
2 原因分析
1）线性谐振过电压的分析
在线性谐振条件下，损耗电阻是限制过电压的唯一因素。
在实际情况下，即使回路参数只是接近谐振状态，也会产生严重的过电压。
在多网孔的谐振回路中，只要其中任何一个回路的谐振角频率接近电源角频率，就会产生串联谐振，从内使得感性设备上的过电压很高。
2）非线性谐振分析
在由带铁心的感性元件和串联电容组成的谐振回路中，由于铁心磁饱和所引起的非线性铁磁谐振电压的发生频率也很高。
在雷击、台风等自然灾害发生时，导致单相接地故障，往往会引起压变饱和的铁磁谐振过电压事故。
另外，配电变压器内部也会引起铁磁谐振过电压事故。
这种非线性的铁磁谐振电压主要是在外界激发作用下，使压变饱和，中性点产生位移电压而发生的。
当回路的初始谐振角频率小于并接近电源角频率的整数倍或分数倍时，便可激发高次谐振或分次谐波的谐振电压。
3）谐振过电压产生的危害
实践证明，基波与高次谐波谐振过电压，一般不超过3U。
；而1／2分次谐波谐振电压一般不超过2 U。
但过电流大，当铁心严重饱和时，即使有不太大的ΔU增量，电流也高达额定励磁电流的百倍以上，在强大的电流及电磁力的作用下，造成保险频繁熔断、铁心烧毁。
在切断压变时，必须在刀闸开关处产生很高的电压而产生电弧，造成母线间短路，使主变开关跳闸，变电所全停电。
另外，过电
压含有多种谐波，它们是网络对地回路的谐波激励源。
4）消谐技术
一、三相正序或零序回路中瞬间或长期投入阻尼电阻，一般加装白炽灯泡。
二、采用励磁特性良好、不易饱和的电压互感器。
中性点位移过电压与电压互感器的伏安特性密切相关，特性越坏，越容易激发中性点位移过电压。
因此，改善电压互感器的空载励磁特性是消除铁磁谐振过电压的根本措施。
三、电压互感器高压侧中性点串联电阻进行消谐。
四、谐振发生后进行适当的倒闸操作，借以改变回路参数和破坏谐振条件。
五、在三相电压互感器中开口三角绕组上加装消谐装置。
六、电网的中性点经过消弧线圈接地。
七、相对地加装电容器或用一段电缆代替架空线路，以增大对地电容等。
八、采用自动调谐原理的接地补偿装置，通过过补，全补和欠补的运行方式，来较好地解决此类问题。
当然，以上消谐措施的适用范围应根据电网的具体情况，选用一种或几种并用才能奏效。
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
，
三种谐振过电压及其对应关系 -回复
三种谐振过电压及其对应关系-回复谐振过电压是指在电力系统中，由于电力设备或其他故障引起的电压波动，其频率等于系统谐振频率的电压异常现象。
谐振过电压对电力系统的稳定运行具有重要影响，能够导致设备损坏、线路过载等问题。
本文将分别介绍三种常见的谐振过电压及其对应关系。
一、串联谐振过电压串联谐振过电压是指在电力系统中，线路与电容性负载串联连接时，由于谐振回路发生谐振而产生的过电压现象。
谐振回路由电源、线路和电容性负载构成。
当线路长度与谐振频率相等或者线路长度的整数倍等于谐振频率的一半时，谐振回路产生谐振，电压会急剧增大。
产生串联谐振过电压的原因主要有两个方面：一是线路长度符合谐振条件，使得电源输出的电压和线路中的谐振电压相叠加；二是电容性负载的谐振频率接近或者等于电压谐振频率，从而使得线路上的电压出现大幅度增加。
串联谐振过电压对电力系统的影响非常严重。
首先，电压的突然增大可能导致设备的工作不稳定，从而影响电力系统的正常运行。
其次，过高的电压会使线路出现过载情况，可能引发火灾等安全事故。
因此，在电力系统的设计和运行中，需要注意串联谐振过电压的控制，采取相应的补偿和保护措施。
二、并联谐振过电压并联谐振过电压是指在电力系统中，电容性负载与线路并联连接时，由于谐振回路发生谐振而产生的过电压现象。
谐振回路由电源、线路和电容性负载构成。
当电容性负载谐振频率接近或者等于电压谐振频率时，谐振回路产生谐振，电压会急剧增大。
产生并联谐振过电压的原因主要是由于电容性负载的谐振频率与谐振频率相近或相等，从而使得电容性负载上的电压出现异常增大。
并联谐振过电压对电力系统的影响也是十分严重的。
首先，过高的电压可能导致设备的绝缘破坏，从而引发设备损坏和线路故障。
其次，电压突然增大还可能影响电力系统的稳定运行，引发供电中断等问题。
因此，在电力系统的设计中，需要合理选择电容性负载，控制并联谐振过电压的发生。
三、平行谐振过电压平行谐振过电压是指在电力系统中，当谐振回路的谐振频率接近或者等于系统的谐振频率时，由于负载或者设备改变引起的过电压现象。
第10讲-谐振过电压
2 0
2
0
0 = ，电容电压幅值为
UC
E
2
E 1
R C
如图中 / 0
点所示
0曲线中在 0
1
不同 /0 下 UC 与 /0 的关系曲线
15
分析讨论
UC
E
1 / 0 2 2 2 /02 2
0
0 ，将 作为变量，对电容电压幅
值表达式求导 / 0
0
1
2
0
2
U CM
6
铁磁谐振（非线性谐振）
谐振回路由带铁芯的电感元件（如空载变压器、电压 互感器）与系统的电容元件组成。因为铁芯电感元件 的饱和现象，使回路的电感参数是非线性的，在满足 一定谐振条件时，会产生铁磁谐振，并有许多特有的 性质
7
参数谐振
由电感参数作周期性变化的电感元件（如凸极发电机 的同步电抗在Xd~Xq的周期性变化）与系统的电容元 件（如空载长线）组成回路，当参数配合时，通过电 感的周期变化，不断向谐振系统输送能量，将会造成 参数谐振过电压
13
分析讨论
UC
E
1 / 0 2 2 2 /02 2
=0
XC XL
0 <
UC
02 02 2
E
电容电压幅值有可能大于E，如
图中 / 0 0 曲线中在区间 1 内所示 0
不同 /0 下 UC 与 /0 的关系曲线
14
分析讨论
E
UC
1 / 0 2
2
2
/
当系统进行操作或发生故障时，电感、电容元件可形成 各种振荡回路，如某一自由振荡频率等于外加强迫频率， 发生谐振。谐振是一种周期性或准周期性的运行状态
电力系统过电压分析及预防尹世耀
电力系统过电压分析及预防尹世耀发布时间：2023-05-15T10:19:52.913Z 来源：《中国科技信息》2023年5期作者：尹世耀[导读] 电力系统的电气设备在运行中除了承受工作电压外，还会遭到过电压的作用和侵害。
作用于电力系统的过电压，由于过电压的存在，它将使电力系统运行的电气设备绝缘受损戴卡优艾希杰渤铝（天津）精密铝业有限公司天津市前言：电力系统的电气设备在运行中除了承受工作电压外，还会遭到过电压的作用和侵害。
作用于电力系统的过电压，由于过电压的存在，它将使电力系统运行的电气设备绝缘受损，设备寿命缩短，甚至造成停电事故，损毁电力设施，因此必须采取各种措施来限。
按其起因及持续时间，可分为两大类型，一种为雷电过电压，另一种为内部过电压。
在电力系统中，由于断路器操作、故障或其他原因，使系统参数发生变化，引起系统内部电磁能量的振荡转化或传递所造成的电压升高，称为电力系统内部过电压。
1.电力系统的过电压分类电气设备在正常运行时,其绝缘承受电网工作电压。
由于某种原因,如因运行操作、雷击和故障等原因,使电气设备上出现峰值电压超过系统正常运行的最高峰值电压称为过电压。
根据产生过电压的来源,一般分为内部过电压和外部过电压两种。
(1)内部过电压内部过电压是由于电力系统中磁能与电能间的转换,或能量通过电容的传递,以及线路参数选择不当,引起电力系统的状态突然从一种稳态转变为另一种稳态的过渡过程中产生的过电压。
这种过电压是由于系统内部原因而造成并且能量又来自电网本身所以叫内部过电压。
1>内部过电压又可分为操作过电压、谐振过电压和工频过电压。
如操作断路器,切断或合上空载变压器、空载线路则会产生操作过电压。
2>电力系统发生单相接地故障,则会产生谐振过电压。
又如电力系统因事故断线,则有可能产生工频过电压。
(2)外部过电压外部过电压是由于雷击电气设备产生的,又被称为大气过电压或雷电过电压。
此过电压能量来自电网外部的冲击波影响,所以称外部过电压。
变压器谐振过电压的原因
变压器谐振过电压的原因
变压器谐振过电压是指在变压器的绕组中，由于电感和电容的存在，当电源频率与变压器的固有频率相等或接近时，会发生谐振现象，导致电压升高的情况。
以下是一些可能导致变压器谐振过电压的原因：
1. 电网参数变化：电网中的电感和电容参数变化，如线路长度、电缆长度、电容补偿等的改变，可能导致谐振条件的满足。
2. 负载变化：负载的突然变化或不平衡可能引起变压器绕组中的电感和电容发生变化，从而引发谐振。
3. 变压器绕组结构：变压器绕组的结构和布局可能导致局部电感和电容的不平衡，增加了谐振的可能性。
4. 非线性负载：非线性负载如电力电子设备、电焊机等会产生谐波，这些谐波可能与变压器的固有频率产生谐振。
5. 雷击或故障：雷击或电网中的故障可能导致暂态过电压，其中可能包含谐振频率的成分。
为了防止变压器谐振过电压，可以采取一些措施，如合理设计电网参数、调整电容补偿、使用滤波器、避免负载突然变化等。
在变压器的设计和运行中，也应考虑谐振过电压的可能性，并采取相应的防护措施。
电力系统谐振过电压产生的原因及防范措施
电力系统谐振过电压产生的原因及防范措施摘要电力系统中，厂站因过电压引起故障甚多，特别是谐振过电压，对设备甚至系统安全稳定运行影响大。
分析原因，找出问题，提出防治措施很有必要。
关键词谐振过电压；PT；铁芯饱和；防范措施0 引言我国电力系统分为不同电压等级，35kV及以下配电网采取中性点不接地和经消弧线圈接地方式；110kV及以上配电网采取中性点直接接地方式。
过电压种类多，主要有谐振、雷电和操作过电压；其中谐振过电压较常见，作用时间长、次数频繁、危害大，须采取措施预防。
1 谐振过电压产生原因电网运行中，正常时中性点不接地系统PT铁芯饱和易引起谐振过电压；中性点不接地方式发生单相故障可引起谐振过电压。
运维人员操作或事故处理方法不当亦会产生谐振过电压。
另外设备设计选型、参数不匹配也是谐振过电压产生原因。
2 铁磁谐振为满足电网测量、保护需要，电力系统中配置大量电感电容元件，如：互感器、电抗器等电感元件；电容器、线路对地电容等电容元件。
当进行设备操作或系统故障时，电感电容元件构成振荡回路，在一定条件下产生谐振，损坏设备影响系统。
2.1 原因分析图1某水厂单串接线图，采用接线，110kV系统中性点直接接地，变压器、PT等分相运行，变压器、PT高压绕组接成Y0，该厂多次发生铁磁谐振过电压。
原因：图1 某水电站单串接线图1）故障时产生谐振过电压。
当系统发生单相故障时，因整个电网系统中电感电容元件参数不匹配，两者共同作用，为谐振产生创造条件，最终导致铁磁谐振过电压发生；2）操作时产生谐振过电压。
110kV开关为双断口且并联均压电容，停送电操作时，先拉5012、5013，再拉50126，其他刀闸均接通。
110kV环网通过开关断口电容构成带电磁式PT空母线产生谐振。
2.2 等值电路图该厂输出线路发生单相接地故障，瞬时A相线路产生接地电流，因避雷器参数不匹配，构成谐振回路而产生谐振过电压。
图2 简化电路图如图2，L1是1B一次侧电感，L2是2B一次侧电感，Lm是PT一次侧电感，C0是空长线路对地电容，RL是电阻，k为故障点。
串联谐振过电压
串联谐振过电压首先讲一下什么是谐振，在含有电阻、电感和电容的交流电路中，电路两端电压与其电流一般是不同相的，若调节电路参数或电源频率使电流与电源电压同相，电路呈电阻性，称这时电路的工作状态为谐振。
谐振又分为串联谐振和并联谐振，在串联电路中发生的谐振即为串联谐振，在并联电路中发生的谐振即为并联谐振，谐振现象是正玄交流电路的一种特定现象，它在电子和通讯工程中得到广泛的应用，但是在电力系统中，发生谐振有可能破坏系统的正常工作。
接下来我们再来分别介绍一下串联谐振和并联谐振的特电路特点。
串联谐振的电路特点1.总阻抗值最小；2.电源电压一定时，电流最大；3. 电路呈电阻性，电容或电感上的电压可能高于电源电压。
并联谐振电路的特点1.电压一定时，谐振时电流最小；2.总阻抗最大；3.电路呈电阻性，支路电流可能会大于总电流。
串联谐振与并联谐振的区别1. 从负载谐振方式划分，可以为并联谐振和串联谐振两大类型，下面列出串联谐振和并联谐振的主要技术特点及其比较：串联谐振和并联谐振的差别，源于它们所用的振荡电路不同，前者是用L、R 和C串联，后者是L、R和C并联。
（1）串联谐振的负载电路对电源呈现低阻抗，要求由电压源供电。
因此，经整流和滤波的直流电源末端，必须并接大的滤波电容器。
当逆变失败时，浪涌电流大，保护困难。
并联谐振的负载电路对电源呈现高阻抗，要求由电流源供电，需在直流电源末端串接大电抗器。
但在逆变失败时，由于电流受大电抗限制，冲击不大，较易保护。
串联谐振和并联谐振区别2（2）串联谐振的输入电压恒定，输出电压为矩形波，输出电流近似正弦波，换流是在晶闸管上电流过零以后进行，因而电流总是超前电压一φ角。
并联谐振的输入电流恒定，输出电压近似正弦波，输出电流为矩形波，换流是在谐振电容器上电压过零以前进行，负载电流也总是越前于电压一φ角。
这就是说，两者都是工作在容性负载状态。
（3）串联谐振是恒压源供电，为避免逆变器的上、下桥臂晶闸管同时导通，造成电源短路，换流时，必须保证先关断，后开通。
电力系统中的谐振过电压
正文标题
在电力系统中，当发生不对称接地故障或断路器的不同期操作时，将会 出现零序电压和零序电流，通过静电和电磁耦合，会在相邻的低压平行 线路中感应出传递过电压； 当变压器的高压绕组侧出现零序电压时，会通过绕组间的杂散电容传递 至低压侧，危及低压绕组绝缘或接在低压绕组侧的电气设备。
20
正文标题
铁路供电强电线路在信号电缆的芯线上产生的纵向感应电动势，与强电线路 中的影响电流、信号电缆的金属护套屏蔽层、信号电缆的直径、信号电缆屏 蔽层的接地方式以及它们之间的距离等因素有关。
22
正文标题
当信号电缆屏蔽层不接地时，强电线路有影响电流，会通过互感抗在信 号电缆屏蔽层和线芯产生磁感应电势分别为 IP
2
3
X r1 Z1ctg(1 1 ) X r0 Z0ctg(0 0 )
X r1 2X r0 0
Z1ctg(1 1 ) 2Z0ctg(1 1 ) 0
16
正文标题
忽略导线电感，令导线的正序和零序电容分别为C1和C0，容抗为－jXC1和 －jXC0，线路首端的入口阻抗为
X r1 1 1 1
X L1 X C1
X r1 2X r0 0
X r0
1
1
1
X L0 X C0
单相开断发生谐振的条件
开断相的电压
11
1111
UA
EA 2
X rN
X r1 2
X
rN
EA
Xr0 Xr1 2Xr0 Xr1
EA
X r1 2
X r1
谐振条件
2 C0
TK
C1 2G
输电线路电容
谐振过电压
谐振过电压
什么是谐振过电压？
因系统的电感、电容参数配合不当，出现的各种持续时间很长的谐振现象及其电压升高，称为谐振过电压。
谐振的几种类型：
(1)线性谐振
谐振回路由不带铁芯的电感元件或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件和系统中的电容元件所组成。
在正弦电源作用下，当系统自振频率与电源频率相等或接近时，可能产生线性谐振。
(2)参数谐振
谐振回路由电感参数作周期性变化的电感元件和系统电容元件组成。
当参数配合恰当时，通过电感的周期性变化，不断向谐振系统输送能量，将会造成参数谐振。
(3)铁磁谐振
谐振回路由带铁芯的电感元件和系统中的电容元件组成。
受铁芯饱和的影响，铁芯电感元件的电感参数是非线性的，这种含有非线性电感元件的回路，在满足一定谐振条件时，会产生铁磁谐振。
发生铁磁谐振时产生的较高过电压和较大的过电流,极易使电力设备的绝缘损坏,严重情况下危及运行人员的安全。
消谐装置的作用就是消除铁磁谐振。
消耗谐振能量方面目前系统中较常使用的有一次消谐器和二次微机消谐器。
一次消谐器是高容量非线性电阻，安装在电压互感器一次绕组中性点，正常运行时阻值很大，单相接地或其他原因中性点电位升高，则电阻值下降，减小中性点偏移度，快速抑制过电压，避免谐振。
二次消谐是在电压互感器的二次开口三角绕组装设的微机消谐装置，能够对PT开口三角电压进行实时循环检测。
产生谐振过电压的原因
产生谐振过电压的原因
产生谐振过电压的原因有多种，主要包括以下几个方面：
1.系统参数不匹配：当谐振回路的元件参数与谐振频率不完全匹配时，会导致谐振过电压的产生更加容易。
2.三相不平衡：三相不平衡导致各相的电感和电容发生变化，从而形成谐振回路，引发谐振过电压。
3.负荷突变：系统中的负荷突变可能导致贮能器中的能量被释放，形成串联谐振环路，从而引发高电压现象。
4.系统接地方式不当：不合理的接地方式可能导致电容和电感发生变化，形成谐振回路，进而产生谐振过电压。
5.变压器参数不匹配：当变压器在系统中存在较大的不匹配情况时，容易形成谐振回路，引起谐振过电压。
6.其他原因：如线路中的铁磁谐振过电压，因为带铁芯的电感元件容易出现饱和现象，导致回路中的电感参数形成非线性的图像。
为了降低谐振过电压的风险，可以采取一系列防范措施，包括但不限于：降低谐振频率、控制负荷突变、改善系统接地方式、提高设备的绝缘强度、引入谐波滤波器、安装避雷装置等。