基于ATP_EMTP的PT铁磁谐振与消谐措施研究
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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中国新技术新产品
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．
5.25电磁式电压互感器引发铁磁谐振原因及消谐措施分析
电磁式电压互感器引发铁磁谐振原因及消谐措施分析近年来，在35kV及以下中性点不接地系统中，电磁式电压互感器饱和引发的铁磁谐振过电压，熔断压变熔丝，烧毁电压互感器，甚至是系统事故案例恨多。
那么，一起了解下系统中的电压互感器有什么作用？电压互感器主要是用来给测量仪表和继电保护装置供电，用来测量线路的电压、功率和电能等，对电力系统很重要。
根据电压互感器行业市场运行的数据现状，了解到配电网电压互感器使用类型占比如下图。
由于电磁式电压互感器存在铁芯，在励磁特性曲线中，当施加的励磁电流增加，而激励出电压值增加幅度较小或不变，出现拐点。
即随着励磁电流的增加，激励出的电压变化很小或不变（在这过程中电感是下降），称为PT的饱和特性。
电压互感器的空母线突然合闸、系统发生单相接地故障。
在这两种情况下,电压互感器一次电流都会出现很大的励磁涌流;使电压互感器一次电流增大60倍左右,造成电压互感器饱和，从而诱发电压互感器产生过电压。
电压互感器发生铁磁谐振时系统的线电压指示不变,还可能引起其高压侧熔断器熔断,造成继点保护和自动装置的误动作，不仅会给电压互感器造成损害，严重时还可能影响电网安全运行。
通常情况下发生铁磁谐振时会产生以下危害：（1）在一次熔断器尚未熔断时;可能使电压互感器烧毁。
（2）在一次熔断器熔断时,则无法读取系统的正确电压值。
系统发生铁磁谐振，通常采用以下消除措施：（1）当只带电压互感器的空载母线产生基波谐振时;应立即投人一个备用设备,改变电网参数,消除谐振。
（2）当发生单相接地产生电压互感器分频谐振时,应立即投人一个单相负荷。
由于分频谐振具有零序性质,故此时投人三相对称负荷不起作用。
（3）铁磁谐振造成电压互感器一次熔断器熔断或电压互感器烧毁，应加装KLMP系列流敏型消谐器和KLMP系列微机消谐装置，消除铁磁谐振，使电压互感器的正常运行。
综上可知，35kV及以下中性点不接地系统中，选用全绝缘电磁式电压互感器加装KLMP系列流敏型消谐装置，有效防止铁磁谐振过电压，确保设备安全运行。
配电网铁磁谐振及其消谐方法研究
配电网铁磁谐振及其消谐方法研究发表时间：2020-09-23T02:33:18.134Z 来源：《河南电力》2020年4期作者：王博1 石家炜2[导读] 铁磁谐振过电压是中性点不接地配电网系统中一种常见现象。
文中论述了不同类别铁磁过电压的产生机理，介绍了相关特点，提出了抑制铁磁振荡的方法。
（1.南方电网能源发展研究院广东省广州市 510000；2..重庆大学重庆 400044）摘要：铁磁谐振过电压是中性点不接地配电网系统中一种常见现象。
文中论述了不同类别铁磁过电压的产生机理，介绍了相关特点，提出了抑制铁磁振荡的方法。
关键词：中性点不接地系统；铁磁谐振；过电压；消谐措施Abstract：Ferromagnetic resonance overvoltage is a common phenomenon in neutral point ungrounded distribution network systems. This paper discusses the generation mechanism of different types of ferromagnetic overvoltage，introduces related features，and proposes methods to suppress ferromagnetic oscillation.引言在中性点不接地配电网系统中，通常装设铁磁式电压互感器（以下简称PT）监测母线电压。
若经大扰动或操作，PT的非线性铁芯会产生单相或三相共振回路，形成中性点偏移，产生谐振过电压，较易引发PT事故。
因此，研究PT谐振的各类发生机制与消谐措施方式的分析十分重要。
1 配电网铁磁谐振分析1.1 铁芯谐振产生原因电力系统中包含许多电感和电容元件，电感元件包括电力变压器、互感器、发电机、消弧线圈以及线路导线等；电容元件包括线路导线对地电容、补偿串并联电容等。
电压互感器的铁磁谐振及消谐措施分析
电压互感器的铁磁谐振及消谐措施分析对电压互感器铁磁谐振产生的危害、原因、现象进行阐述，提出了各种有效的电压互感器消谐措施，并对其原理和优缺点逐一进行分析、比较。
标签：电压互感器；铁磁谐振；消谐1 概述电力系统是一个复杂网络，其中存在着许多感性或容性的元件，电感元件包括发电机、变压器、消弧线圈、电抗器、电压互感器等，电容元件包括输电线路、电容补偿、高压设备的杂散电容等。
各种电感、电容元件在电力系统中形成不同的LC振荡回路。
在正常工况下，电力系统稳定运行不会出现振荡。
在外界的激发条件下，比如进行某种倒闸操作或系统发生故障时，电网参数发生变化达到某种特定匹配，系统就可能发生谐振。
例如中性点不接地系统中，由电压互感器和线路对地电容之间、受电变压器和相间电容之间构成的振荡回路，在发生单相接地故障时都有可能激发谐振发生。
电压互感器这类带铁芯的电感元件，在正常工作电压下铁芯工作于线性区，磁通密度并不高，在过电压下铁心会迅速饱和，电感值随之减小，从而与电容匹配发生谐振，这时的谐振称作铁磁谐振。
铁磁谐振过电压可以在3～220千伏的任何系统中发生，特别是在35千伏及以下的电网中，很多内部过电压事故都是由铁磁谐振引起的。
铁磁谐振引起的过电压持续时间长，甚至可能长期存在，严重威胁系统安全。
2 铁磁谐振产生原因及现象电压互感器谐振回路是由电压互感器的非线性电感和电网对地电容构成的。
电压互感器带有铁芯，容易出现饱和现象，电感值会随着电流或磁通的变化而变化。
正常运行时，电压互感器的感抗很大，远大于电网对地电容的容抗，此时不具备谐振条件，系统保持稳定状态。
在外界的激发条件下，如单相接地故障突然消失、线路合闸、雷电冲击等，可能造成互感器励磁电感饱和，感抗降低，与电网对地电容匹配激发谐振。
由电压互感器铁磁谐振造成的过电压，因为不同的网络参数和外界激发条件，大致可分为三类：工频谐振过电压、高频过电压、分频谐振过电压。
发生工频谐振过电压时，其现象表现为两相（饱和相）对地电压升高，一相（非饱和相）对地电压降低，该现象类似于单相接地故障。
铁磁谐振及其抑制措施的研究与实际应用
铁磁谐振及其抑制措施的研究与实际应用作者：李华刘帅钟国平来源：《机电信息》 2015年第30期李华刘帅钟国平（广东粤港供水有限公司，广东深圳518021）摘要：中性点不接地电网中，电压互感器的励磁特性导致铁磁谐振经常发生，严重影响了系统安全运行。
现对该现象产生的原因进行分析，并介绍一种简单、经济、安全的措施来抑制铁磁谐振，同时在实际运行中证明了该措施的可靠性。
关键词：电压互感器；励磁特性；开口三角；消谐电阻0引言电磁式电压互感器被普通使用于6～35kV不接地电网中，其励磁特性使得某些情况下易出现铁磁谐振现象，严重威胁了系统的安全运行。
1简化模型1.1系统等值电路模型太园泵站6kV系统为中性点不接地系统，采用单母分段运行方式，两段母线各安装一个电磁式电压互感器来监视母线三相电压，电压互感器一次侧绕组采用星形接法，中性点直接接地，其等值电路如图1所示［1］。
E1、E2、E3—电源三相电动势L1、L2、L3—电压互感器各相对地励磁电感C0—空载母线对地电容1.2电压互感器非线性特性模型太园泵站电压互感器为三相五柱式，当电压互感器电流较小时，U与I基本成正比关系。
根据公式L=d�dt，电压互感器各相励磁电感基本为一固定常数。
当电流逐渐增大到一个门槛值时，铁芯工作于饱和状态，此时铁芯中的磁链�并不是随电流I的增大而线性增大，�与I的关系呈现出非线性状态，此时电感L已经不再为一固定常数，而是随着电流I增大而逐渐减小。
2中性点位移电压当电力系统处于正常运行状态时，流经电压互感器的电流较小，电压互感器工作在正常状态，其各相励磁电感与电容并联后的导纳为：Yi=ωC0-1ωLi（i=1，2，3）（1）此时三相导纳值相等，电网中性点对地电压为0。
投入只带有电压互感器的空母线、投切空载线路、系统单相接地故障消失等情况，都能造成电网电压的瞬时升高，使得电压互感器相应相的励磁电流增大，此时会导致电压互感器铁芯饱和。
由于三相铁芯饱和程度不同，会造成Yi三相不平衡。
配电系统PT引起的铁磁谐振及抑制新方法
电源电压为 6 kV 额定值时, 基波谐振 (指最 高一相电压) 和分频谐振时的过电压倍数 K n 以及 开三角电压的倍数 K 0 (相对于 100V ) 分别见图 3 (a)、(b)。 可见工频谐振最高电压可达 216 倍, 最 高开三角电压 1145 倍; 分频谐振最高电压只有 1127 倍, 开三角电压则低于 1 倍。
1 陈维贤 1 内部过电压基础 1 北京: 水利电力出版社, 19811
2 陈维贤等 1 配电网络互感器谐振及抑制新方法 1 高电 压技术, 1993, 19 (3) : 3 (收稿日期 1998203227)
鲁铁成 1953 年生, 1977 年武汉水利电力大学毕业, 副教授, 从 事高电压技术的教学研究工作, 电话: (027) 87884555— 3115。
的三相励磁电感。为求互感器电压, 图 5 (b) 在m 、 中的正序电流不参与谐振过程, 互感器中零序电
n、p 三点处分别串进两个大小相等、方向相反的 流经 3C 0 成回路, 并造成零序压降 U 0 。3C 0 可按
电势, 即 E 1 = E ′1 = E ″1, E 2 = E ′2 = E ″2, E 3 = E ′3 = 变比关系转化为 PT 开三角侧, 即图 5 (c) 变为图
除谐振提供了新思路。 c1 采用在 PT 开口三角绕组两端控制投入直
流电容的方法可有效消除谐振, 也不会影响系统 正常与不对称运行方式。
参考文献
图 7 临界消谐电容与导线对地电容的关系曲线
该型消谐装置通过电力部组织的技术鉴定 后在汉川电厂、荆门电厂等多个单位使用, 效果 良好。
2 结 语
a16 kV 干式 PT 工频谐振最高过电压倍数 为 216 倍, 最高开三角电压倍数为 1145 倍, 最大 过电流倍数达 58 倍; 分频谐振最高过电压倍数为
PT谐振的解决办法
1．前言35kV和10kV系统，是采用中性点不接地系统的运行方式。
这种运行方式的最大优点是系统发生单相接地故障时，系统还可以运行2个小时，在这期间系统接地故障随时都可能自动消除，系统恢复正常运行，这样就避免了频繁发生的单相接地故障时的操作，减少了操作次数，提高了供电的可靠性和连续性。
这种运行方式也有一个弊端，就是容易发生铁磁谐振。
当系统有操作或故障(或扰动)时系统对地电压有低频自由分量出现，使PT对地电压升高，PT一次线圈中出现涌流，涌流可能使铁芯深度饱和，其电感值随铁芯的饱和而减小，这时，有可能出现两种情况：一是PT的一次电流继续增大，烧断PT一次侧的熔断器或烧坏PT；另一种情况是当电感降至ωLXQ=1/ωC(ωo=ω)时，就会导致铁磁谐振。
谐振使得电网三相对地电压不稳定，常使两相电压升高，另一相对地电压降低，这种现象与系统出现单相非金属性接地故障的现象完全一致，不仅使运行人员难以区分，而且容易损坏弱绝缘设备而造成事故。
这些问题长期威胁着我局的安全生产，我们一直在寻求、探索解决这个问题的方法。
2．解决PT谐振常采取的措施为消除和抑制铁磁谐振，通常可以采取以下措施：a、选用励磁特性较好的电压互感器或电容式电压互感器；b、在电压互感器的开口三角形绕组开口端加装非线性阻尼电阻R，可消除各种谐波的谐振现象。
35kV及以下系统中R值一般在10～100Ω范围内；c、在10kV及以下的母线上加装一组对地电容器可避免谐振；d、采取临时倒闸措施，如投入消弧线圈，变压器中性点临时接地，或投入事先规定的某些线路或设备；e、在电压互感器的开口三角形绕组开口端加装线性小阻尼电阻、灯泡等，线性阻尼电阻一般小于1Ω；f、在电压互感器的开口三角形绕组并联多功能微机消谐器；g、PT中性点临时拉开；h、在PT一次侧的中性点与地之间串接RXQ型、LXQ型消谐器；3．解决PT谐振的措施与效果3.1 我局解决PT谐振最先采用的措施是在PT开口三角形绕组开口端加装灯泡。
pt励磁特性对铁磁谐振的影响及检测研究
pt励磁特性对铁磁谐振的影响及检测研究摘要：随着发展速度不断加快的电气化进程，对磁性材料的研究变得越来越重要。
磁特性检测和磁谐振检测是其中的关键技术，本文重点研究了PT励磁特性对铁磁谐振的影响。
首先，介绍了磁性材料的研究背景，磁特性检测和磁谐振检测的概念，其次，介绍了PT励磁特性对铁磁谐振影响的主要因素，并对PT励磁特性对铁磁谐振的检测和研究进行了详细的介绍；最后，对未来的研究方向进行了展望。
本文的研究表明，PT励磁特性对铁磁谐振具有重要的影响，其对磁性材料研究具有重要的现实意义。
Introduction近年来，电气化的发展步伐不断加快，对磁性材料的研究也变得越来越重要。
磁特性检测是研究磁性材料的基础，也是磁性材料研究和发展的关键技术，其中，磁谐振检测是一种重要的检测方法，揭示磁性材料的结构和性能特征。
此外，PT励磁特性对铁磁谐振过程也具有重要的影响，能够改变磁性材料的性能特征，如析出、非等温特性和准温特性。
因此，研究PT励磁特性对铁磁谐振的影响及检测，有助于充分利用磁性材料的潜力，促进磁性材料的发展。
Main BodyPT励磁特性对铁磁谐振有着重要的影响，主要有三个方面：1.影响磁谐振临界温度：PT励磁特性使材料内部磁场强度发生变化，从而改变磁性材料的磁谐振临界温度，进而影响材料的磁性特性。
2.影响可逆性：PT励磁特性可以改变材料的内部环境，从而改变磁性材料的可逆性。
3.影响温度稳定性：PT励磁特性可用于改变磁性材料的温度稳定性，从而改善材料的性能。
鉴于PT励磁特性对铁磁谐振的重要影响，因此，研究PT励磁特性对铁磁谐振的检测和研究可以帮助我们更好地理解和控制磁性材料的磁特性。
首先，对PT励磁特性对铁磁谐振的影响进行检测和研究，可以使用特定的PT励磁特性检测仪，如磁析出检测仪、等温度检测仪，它们能够检测磁性材料的磁谐振临界温度、可逆性和温度稳定性。
其次，PT励磁特性对铁磁谐振的影响可以通过静磁放大器-动态模拟电路实现测量。
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基于ＡＴＰ－ＥＭＴＰ的ＰＴ铁磁谐振与消谐措施研究王海棠，窦春霞，王宁，薛辉，贾清泉（燕山大学电气工程学院，河北秦皇岛０６６００４）
摘要：基于ＡＴＰ－ＥＭＴＰ对单相接地故障消失及重合闸引起的铁磁谐振现象进行了分析。
关键词：变压器；铁磁谐振；ＥＭＴＰ中图分类号：ＴＭ４０６文献标识码：Ｂ文章编号：１００１－８４２５（２００８）０３－００２４－０５
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＰＴＦｅｒｒｏｒｅｓｏｎａｎｃｅａｎｄＲｅｓｏｎａｎｃｅＥｌｉｍｉｎａｔｉｏｎＭｅａｓｕｒｅｓＢａｓｅｄｏｎＡＴＰ－ＥＭＴＰ
ＷＡＮＧＨａｉ－ｔａｎｇ，ＤＯＵＣｈｕｎ－ｘｉａ，ＷＡＮＧＮｉｎｇ，ＸＵＥＨｕｉ，ＪＩＡＱｉｎｇ－ｑｕａｎ（ＹａｎｓｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ０６６００４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｅｄｏｎＡＴＰ－ＥＭＴＰ，ｔｈｅｆｅｒｒｏｒｅｓｏｎａｎｃｅｐｈｏｎｏｍｅｎｏｎｃａｕｓｅｄｂｙｄｉｓａｐｐｅａｒ－ａｎｃｅｏｆｅａｒｔｈｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｏｆｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅａｎｄｒｅｃｌｏｓｉｎｇｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；Ｆｅｒｒｏｒｅｓｏｎａｎｃｅ；ＥＭＴＰ
１引言
我国城乡电网主要有６ｋＶ、１０ｋＶ、３５ｋＶ和６６ｋＶ等几个电压等级，这些系统普遍采用中性点不接地、经消弧线圈接地或经电阻接地等不直接接地方式。系统中有许多带铁心的非线性电感元件（如变
压器和电压互感器），这些元件在一定条件下与系统中容性元件会发生铁磁谐振现象。回路参数及外界激发条件的不同，可造成分频、工频或高频铁磁
谐振。当铁磁谐振发生时，由于参与谐振的电感元件的铁心严重饱和，会产生谐振过电压和过电流，严重威胁电网的安全运行。多年来，国内外许多专家学者对铁磁谐振现象
做了大量理论研究和试验分析，揭示了铁磁谐振的内在规律，并研发了多种消谐措施，在电网运行中发挥了一定作用。然而，研究还存在诸多不足之处，在实际应用中仍然存在大量的问题。一方面谐振的激发条件与谐振类型之间的关系不明确；另一方面对于各种消谐措施的性能缺乏系统的总结。为此，笔者以ＡＴＰ－ＥＭＴＰ电磁暂态计算程序为试验平台，以单相接地消失和非同期合闸为激发条件，对铁磁谐振进行了全面、细致的研究。在确定激发条件与谐振类型之间关系的同时，着重分析了各种消谐措
施的特点。其仿真结果以及相应的结论，对准确判断铁磁谐振的类型有着重要的意义。对各种消谐措施特点的研究总结，为实际工程中线路采取何种消谐措施提供了理论依据。
２ＡＴＰ－ＥＭＴＰ软件介绍
ＥＭＴＰ程序主要用于电力系统中电磁暂态过程
的计算，是在原美国邦纳维尔电力局（ＢＰＡ）编制的电磁暂态程序的基础上，由Ｗ．ＳｘｏｔｔＭｅｙｅｒ等开发完善形成的。现已有许多国家使用该程序进行电力系统各种暂态过程的研究，其中ＡＴＰ程序（ＡｌｔｅｒｎａｔｉｖｅＴｒａｎｓｉｅｎｔｓＰｒｏｇｒａｍ）是使用较为广泛的一个版本，
ＡＴＰ－ＥＭＴＰ可在大多数类型的计算机上运行。我国
于１９８０年初，从美国ＢＰＡ公司引进了ＥＭＴＰ程序，１９８８年引进了微机版电磁暂态计算程序ＡＴＰ，并在
此基础上做了一定的修改和完善。该软件的典型应用，为电力系统在某个扰动（如开关投切或故障）之后，对其感兴趣的变量随时间变化的规律的计算，比如电力系统谐振过电压的计算。此外，ＡＴＰ－ＥＭＴＰ程序还广泛应用于暂态保护装置
的综合选择、高压并联电抗器的选择、氧化锌避雷器的选择以及机电暂态的计算。
３铁磁谐振模型的建立
第４５卷第３期２００８年３月ＴＲＡＮＳＦＯＲＭＥＲ
Ｖｏｌ．４５ＭａｒｃｈＮｏ．３
２００８王海棠、窦春霞、王宁等：基于ＡＴＰ－ＥＭＴＰ的ＰＴ铁磁谐振与消谐措施研究第３期
ＥＡ
ＥＢ
ＥＣ
Ｃ０Ｃ０Ｃ
０
ＺＺＺ
ＬＡＬ
ＢＬ
Ｃ
ＡＢＣ
图２铁磁谐振仿真模型Ｆｉｇ．２Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｆｏｒｆｅｒｒｏｒｅｓｏｎａｎｃｅ
３．１ＰＴ励磁曲线的拟合
各参数标幺值的基准值为：电压幅值ＵＢ＝
８．１６５ｋＶ，电流幅值ＩＢ＝１５ｍＡ，磁链ΦＢ＝ＵＢ.ω＝２７Ｗｂ，阻抗ＺＢ＝ＵＢ.ＩＢ，ｆ为工频频率。电流—磁通特性，即ｉ－Φ曲线，真实地反映了非线性电感的励磁特性。仿真时选用９３号元件，磁化曲线依据式（１）确定，拟合后的磁化曲线如图１所示。ｉ＝４１．３×１０－６ψ＋０．２６４×１０－６ψ３（１）３．２仿真模型的建立本文中以中性点不接地系统为背景，建立母线电压互感器与系统对地电容形成的铁磁谐振仿真模型，如图２所示。试验所用电压互感器为ＪＤＺＪ－１０型，其参数如表１所示。为了计算方便，假设三相线路参数完全对称。线路电阻取０．１Ω，忽略电抗（远小于ＰＴ的激磁阻抗）。４激发条件激发铁磁谐振的因素很多，任何瞬时的电压升
高都有可能使ＰＴ饱和，导致铁磁谐振现象的发生，本文中主要研究单相接地故障消失和重合闸两个常见因素。４．１单相接地故障消失
当发生单相接地时，故障点会流过电容电流，非故障相的相电压升高至线电压，其对地电容上会充以与线电压相对应的电荷。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。由于ＰＴ的励磁阻抗很大，其中流过的电流很小，一旦接地故障消失，电流通路就会被断开。而非故障相在接地期间已经充电至线电压电荷，
此时就只有通过母线侧ＰＴ绕组，经中性点进入大地。在这一瞬变过程中，母线侧ＰＴ一次绕组中将会流过一幅值很高的低频饱和电流，导致ＰＴ铁心严重饱和。从而使ＰＴ励磁阻抗急剧下降，与系统对地
电容形成参数匹配，引发铁磁谐振，产生铁磁谐振过电压。当对地电容分别为５μＦ和１０μＦ时，系统发生分频谐振，电压和电流波形如图３和图４所示。
通过仿真，总结出不同对地电容的分频谐振数据如表２所示。系统发生分频谐振，电压幅值小于正常运行时电压幅值的３．５倍，虽然过电压不高，但是过电流很大，为正常运行的４０倍左右。ＰＴ在如此高的过电流
下运行极易烧毁，所以分频谐振对线路的危害非常大。
６００．０４５０．０３００．０１５０．００．０１４．３２８．５４２．８５７．０
磁通量Φ.Ｗｂ
电流ｉ.Ａ图１ＰＴ磁化曲线Ｆｉｇ．１ＰＴｍａｇｎｅｔｉｃｃｕｒｖｅ
表１ＪＤＺＪ－１０型电压互感器参数额定电压.ｋＶ二次负荷.ＶＡ
初级绕组次级绕组辅助绕组０．５级１级３级ＪＤＺＪ－１０４０８０１５０
Ｔａｂｌｅ１ＰａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＪＤＺＪ－１０ＰＴ
２０１５１０５
－５－１０
－２０－１５
０
０．００．５１．０１．５２．０２．５３．０３．５４．０时间.ｓ
电压.ｋＶ
５．００３．７５２．５０１．２５０．００－１．２５－２．５０－３．７５－５．０００．００．５１．０１．５２．０２．５３．０３．５４．０
时间.ｓ
电流.Ａ
图３电容为５μＦ时电压、电流波形Ｆｉｇ．３Ｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｗａｖｅｆｏｒｍｓｄｕｒｉｎｇ５μＦｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ
２５第４５卷４．２重合闸导致的铁磁谐振
当操作不当引起非同期合闸时，在线路上会产生一个瞬时的高电压，这个电压就可能使线路上的ＰＴ饱和，发生铁磁谐振现象。
为了使仿真现象明显，线路设定的重合闸间隔
为Ａ相０．２１ｓ，Ｂ、Ｃ相０．２ｓ。重合闸时电压、电流波形如图５所示。图５所示谐振频率为５０Ｈｚ，为基频谐振。基频谐振的故障特点为：
（１）三相电压表中指示数值为两相升高、一相降低，或“两低一高”，线电压正常。（２）过电压不超过３．５倍相电压，伴有接地信号指示，称为“虚幻接地”现象。
４．３仿真分析
铁磁谐振根据频率的不同分为基频、分频和高频三类。其中，分频谐振由于其过电流极大，对电网的危害尤为严重，也是电压互感器烧毁的主要原
因。不同的激发情况会导致不同的谐振类型。通过大量试验可以发现：重合闸操作不当时，会引发基频谐振，单相接地则不容易诱发基频谐振；而重合闸操作不当和单相接地故障消失都会引起分频谐振，并且两种条件引发谐振的几率相当，
均可产生ｆ/２和ｆ/３等多种分频谐振。５各种消谐措施的比较
５．１开口三角处接消谐电阻
开口三角处接消谐电阻的方法又称作二次消谐，就是在ＰＴ的开口三角处接消谐电阻来消除谐振。正常运行或者发生单相接地故障装置不动作时，一旦判断电网发生铁磁谐振，便会使正反并联在开口三角两端的２只晶闸管交替过零触发导通以限制和阻尼铁磁谐振，当谐振消除后晶闸管自行截止，必要时可以重复动作。以单相接地消失为激发条件，当发生谐振时，在
开口三角处投入５Ω消谐电阻，ＰＴ一次侧电压波形如图６所示，加入消谐电阻后开口三角电压波形如图７所示。由图６可以看到，在第２ｓ加入消谐电阻后，ＰＴ上的谐振过电压开始衰减，经过５０个工频周期后，恢复到正常电压。图７中，正常情况下开口三角电压为零，当发生谐振时，开口三角的电压约为１２０Ｖ，当加入消谐电阻后，开口三角的电压逐渐降低。电压波形证明这种方法能够消除谐振，而且在开口三角加
２０１５１０５０－５－１０－１５－２００．００．５１．０１．５２．０２．５３．０３．５４．０
电压/ｋＶ
时间/ｓ８６４２０－２－４－６－８０．００．５１．０１．５２．０２．５３．０３．５４．０
时间/ｓ
电流/Ａ
图４电容为１０μＦ时电压、电流波形Ｆｉｇ．４Ｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｗａｖｅｆｏｒｍｓｄｕｒｉｎｇ１０μＦｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ
表２分频谐振数据Ｔａｂｌｅ２Ｄａｔａｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｅｓｏｎａｎｃｅ
１０．０７．５５．０２．５０．０－２．５－５．０－７．５－１０．００．００．５１．０１．５２．０２．５３．０
时间/ｓ
电压/ｋＶ
０．１５０．１００．０５０．００－０．０５－０．１０－０．１５０．００．５１．０１．５２．５２．０３．０
时间/ｓ
电流/Ａ
图５重合闸时电压、电流波形Ｆｉｇ．５Ｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｗａｖｅｆｏｒｍｓｄｕｒｉｎｇｓｅｃｏｎｄｓｗｉｔｃｈ
２０１５１０５０－５－１０－１５－２００．００．５１．０１．５２．０２．５３．０３．５４．０
时间/ｓ
电压/ｋＶ
图６ＰＴ一次侧电压波形Ｆｉｇ．６ＰｒｉｍａｒｙｖｏｌｔａｇｅｗａｖｅｆｏｒｍｓｏｆＰＴ
２６