时间：2022-04-26 12:45:08
[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的电阻和高电抗，能够使超低频振荡电流幅值得到一定的抑制，但如果零序电容存储的电荷很多（如架空线线路较长，或有电缆线路），也会使零序PT承受很大的电流，可达到主PT绕组的三倍，导致零序PT的热容量不够而烧坏。
图2 电荷泄放等值电路
实际上，由于接地电弧熄灭的时刻不同，即初始相位角不同，故障的切除不一定都在非接地相电压达最大值时发生。因此，不一定每次单相接地故障消失时，都会产生超低频振荡电流。同时，超低频振荡电流的大小，还与PT伏安特性有很大关系，PT铁芯越容易饱和，该振荡电流就越大，PT就越易烧坏。但当铁芯饱和时，感抗减少到等于容抗，即满足谐振条件，而在电感和电容两端出现高电压，电路中励磁电流急剧增加，可达额定值的几十倍，引起PT一次高压熔丝熔断，甚至造成PT烧损。
2 消除谐振的技术措施
目前大多采用改变线路参数和增加阻尼等措施来抑制铁磁谐振。通常采用如下方式：
（1）当出现空母线谐振时，不宜拉开电压互感器的隔离开关，应考虑增大母线电容和并联电感（串联谐振时容抗=感抗），即合一条空载线路或者空载的变压器来破坏谐振条件，可使三相电压恢复平衡。
（2）在电压互感器一次绕组中性点的接地线中．串接一只约5 kΩ阻尼电阻(在一次侧中性点串接阻尼电阻，会影响二次侧反映单相接地故障的灵敏度，且在相电压有同期装置的回路中一般不宜采用)，相当于在零序阻抗上并联一只电阻，可以有效地抑制单相接地故障引起的谐振。
（3）电压互感器发生谐振时的电压是相电压的倍，则在二次侧开口三角处将会产生100―200V电压，因此在电压互感器二次侧开口三角处，可并联一只220 V，200 W消谐灯泡(或选用220 V，800 W，60Ω标准电阻，消谐电阻功率不得大子电压互感器极限容量的2．4倍，并做好消谐电阻的安装绝缘措施，防止电压互感器二次侧多点接地)，也可在电压互感器零序回路中装设专用KFX一10消谐器。
（4）变电站值班人员在恢复送电时，应严格按规程进行操作，确认电压互感器的隔离开关在拉开位置后，才对空母线送电，再合上电压互感器的隔离开关。检修人员应尽量将其隔离开关三相同期性调整好。应采用铠装电缆线路和伏安特性较高、饱和迟钝的电压互感器及电容式电压互感器，以改善技术性能，降低激发谐振过电压的概率。
（5) 选用励磁特性好的PT。产生铁磁谐振的根本原因在于PT的励磁特性不好，零序磁阻小，在过电压作用下，电感量下降，零序电流急剧增加。选用励磁伏安特性好的电压互感器，使PT在合闸充电或单相接地故障情况下铁芯不易饱和，避免PT感抗的减小，因而构不成谐振的匹配参数。有些制造厂片面追求缩小电压瓦感器铁芯截面，却忽视了励磁特性的重要性，给电力系统运行带来了很多隐患。有关部门曾针对铁磁谐振问题提出过PT伏安特性的起始饱和电压应不小于1．5倍线电压的技术要求。
（6）减少同一网络中并联PT台数。同一电网中，并联的PT台数越多，则其总体等效伏安性越容易越饱和（实际上为并联感抗减少），相应的在线电压下的工频励磁感抗值越小，如电网中电容电流较大，则容易发生铁磁谐振。即是说，如果所连接的线路长度在一台PT时可能避免一切谐振，但在二台或多台时就可能进入谐振区而容易发生谐振。变电所母线并联运行时，一般要求除在电源侧为了用作绝缘监视而必须将PT高压侧中性点接地外，其他的PT能退出的就退出，不能退出时，将其高压侧接地的中性点断开。目前，部分采用半绝缘PT的装置变电所由于不具备拆除一次中性点的条件，只能待更换为全绝缘PT后才能取消一次中性点。
（7）采用4TV接线，也称零序PT接线方式，用4台PT组成一组，接三相导线的3台为主PT，为三相三柱互感器接成星形，主PT高压侧中性点再经一个单相零序PT接地，用来测量零序电压。采用这种接线方式后，一方面零序阻抗显著增大，原PT三相电感有不同程度变化时，对总的零序阻抗影响很小。另一方面即使在系统发生单相接地故障时，产生的零序电压主要加在零序电压互感器上，星型接线PT只反应正序电压。不论是星形接线PT，还是零序电压互感器，其绕组上承受的电压不会超过相电压，PT铁芯很难进入饱和区而产生铁磁谐振过电压。零序电压互感器二次侧接有接地监视继电器，以便在系统发生接地故障时正确地发出接地信号。
3 结论
通常采用的在开口三角加装消谐器、一次末端加装非线性电阻、调整操作程序在一定程度可以消除谐振的发生，但这些方法主要是被动地阻尼谐振的强度，以减轻谐振的危害。运行经验表明，4TV接线方式对抑制铁磁谐振有较好的效果，被国内的供电企业广泛采用，它能使PT不发生饱和，从而大大降低了谐振发生的可能性，不过一旦发生谐振，其影响和破坏力将更大。
参考文献
[1] 李顺福;电压互感器铁芯饱和谐振过电压的分析及预防措施;青海电力[J];2003．
[2] 凌子恕.高压互感器技术手册;北京：中国电力出版社2005．
[3] 郭景武;张荣新消谐装置在电力系统中的应用分析;天津电力技术[J];2005年增刊．
[4] 刘晖;浅析电力系统铁磁谐振过电压叨;江西电力[J];2006．
[5]黄建硕;铁磁分频谐振过电压的产生、危害及措施加;电工技术应用[J];2007．
作者简介：
李友元（1980-）男，汉族，湖南衡阳人, 注册电气工程师，高级技师，硕士研究生。现于广东电网公司茂名供电局（广东省茂名市，525000)从事继电保护运行管理工作。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。