中性点不接地系统铁磁谐振的机理与抑制措施

[摘 要] 在分析中性点不接地系统铁磁谐振的原因和特点的基础上，对常用的消请措施进行了讨论，指出其局限性、适用范围及使用中应庄意的问题。

[关键词] 中性点不接地系统 电压互感器 铁磁谐振

1、前言

变电站中性点不接地系统中，电压互感器常因铁磁谐振而烧毁或熔断熔丝。人们对此做了大量的分析研究，采取了不少措施防止谐振发生，然而由于系统结构的复杂性和运行方式的灵活，造成运行参数具有随机性。同时也因现存的各种消谐措施的局限性，使得只能在某些情况下消除谐振。电压互感器(PT)饱和引起的铁磁谐振仍然是威胁电力系统安全运行的重要原因。因此，有必要在分析中性点不接地系统铁磁谐振机理的基础上探讨消谐措施，以便在实际工作中有针对性地预防、消除中性点不接地系统铁磁谐振。

2、配网系统铁磁谐振的机理、特点及危害

2.1 什么是谐振

谐振是指振荡系统中的一种周期性的或准周期性的运行状态，其特征在于某一个或几个谐波幅值的急剧上升。电力系统中存在着许多电感和电容元件，如变压器、互感器、电抗器等都可作为电感元件，而电容器组、线路导线的对地电容等都可作为电容元件。当系统进行操作或发生故障时，这些电感、电容元件就可能形成振荡回路，当其振荡频率等于外加强迫频率时，就会形成一种稳态现象，就是我们所说的谐振。

2.2铁磁谐振的产生

中性点不接地系统中PT接人系统的接线图如图I所示。

Uu，Uv，Uw――三相电压；Xmu, Xmv，Xmw――互感器三相励磁电抗；R――感器相电阻；Xo系统讨地容抗；KV――电压继电器

令U0为中性点对地的位移电压，则

图1 电压互感器接线图

当出现激发条件时，PT中暂态励磁电流急剧增大，铁心饱和，感抗值下降，于是三相电感值有所不同，网络中性点出现零序电压Uu，三相PT中产生零序电流，经电源形成回路，简化等值电路如图2所示。

图2 在零序电压作用下的简化等值电路

Ln―― PT三相并联等值零序电感，R――PT开口三角两端所接电阻，C。――对地电容当L。与3C。在某频率下参数值匹配时，I。得以流通，从而在3C。上建立Uo, U。与各相电源电压叠加，产生过电压，维持PT饱和，从而形成持续一段时间的铁磁谐振。

当L。与3C。在某频率下参数值匹配时，I。得以流通，从而在3C。上建立Uo, U。与各相电源电压叠加，产生过电压，维持PT饱和，从而形成持续一段时间的铁磁谐振。

2.3 铁磁谐振的特点

当PT饱和时，励磁电抗Xm与系统正序容抗无关，只和系统对地的零序容抗X。有关，且当X_/Xm

2.4铁磁谐振产生的危害

从以上分析可知，铁磁谐振时会产生持续性的过电压和过电流。我国长期以来的试验研究和实测结果表明，基波和三次谐波的谐振过电压可达相电压的3倍；1/2次谐波谐振过电压可达相电压的2倍。所以对系统中绝缘薄弱设备易造成闪络和避雷器爆炸事故。另外，由于谐振时，电压互感器励磁电流剧增，可高达额定励磁电流几十倍以上，引起高压保险丝频繁熔断，或者造成互感器本身烧毁。

3、谙振的处理及消除铁磁谐振的技术措施

3.1谐振的处理

(I) 当 出现 空母线谐振时.严禁拉开PT的隔离刀闸，应考虑增大母线电容和并联电感，即合上一条空载线路或者空载的变压器来破坏谐振侧牛可使三相电压恢复平衡。

(2) 变电站值班人员在恢复送电时，应严格按操作规程进行操作，确认PT的隔离刀闸在拉开位置后，才对空母线送电，再合上PT的隔离刀闸。检修人员应尽蚤将其刀闸三相同期性调整好。技术部门应采用恺装电缆线路和伏安特性较高、饱和的PT及电容式PT，以改善技术性能，减少激发谐振过电压的几率。

3.2 消除铁磁谐振的技术措施及其优缺点

（1）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；这种方方法易于实施，可起到零序阻尼作用，但PT高压熔断器熔断还是比较多，对非金属性接地所激发起来的谐振无法抑制。

（2）在电压互感器的开口三角形绕组并联多功能微机消谐器。它由微电脑控制，当发生各种谐振时，能瞬时多次短接PT开口三角形绕组进行消谐。经运行证明具有较好的消谐效果。但其最大的缺点是不能限制PT一次涌流。在谐 振 发 生或线路单相接地时，PT一次侧电流显著增大及因本身元件故障而失去消谐作用是上述两种措施的主要缺陷。

（3）中性点经消弧线圈接地。采用老式消弧线四接地方式的系统由于结构的限制，只能运行在过补偿状态，不能处在全补偿状态，对弧光过电压无抑制效果，井需要手动调节分接头，然而此时却不能随电网对地电容电流的变化及时将电压调整到最佳的工作位置，影响功能发挥，也不适应电网无人值班变电所的需要。

（4）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。目前自动调谐接地补偿装置主要是由五大部分组成:接地变压器、电动式消弧线圈、微机控制部分、阻尼电阻部分、中性点专用互感器和非线性电阻。它根据电网参数的变化而随时调节消弧线圈的分接头到最佳位置。利用微机控制器实现自动跟踪和自动调谐，能够准确的计算、判断、发出指令自动进行调整，显示有关参数:电容电流、电感电流、残流和位移电压等。满足无人值班变电所的需要。近年来广泛用于一些因电缆出线多而系统对地电容电流大的城网变电站10kV系统中。

（5）采用抗谐振型电压互感器。抗谐振型电压互感器是根据三相铁磁现象的机理，改革了原三相五柱式电压互感器的磁路结构，采用三相三柱磁路的组合，把铁磁谐振下的正序电压和零序电压分别由上述磁路分别承担，能有效的消除分频，工频，高频谐振，不会过压烧毁及炸高压保险。在线路单相接地时能够使PT 各相绕组电压均能保持在正常相电压附近而不会饱和，从而很好地抑制铁磁谐振，降低PT一次侧电流，同时亦保持了接地指示装皿对零序电压幅值和相位的灵敏度，近年来广泛用于新建变电站的35kV及以下系统中。

4、结论

通过以上讨论，可知采用抗谐振型电压互感器，其优点相当突出，可从根本上解决中性点不接地系统中铁磁谐振问题在实际运行中也得到了证实。建议今后不仅用于新建变电站而且还应在老站改造及扩建工程中采用抗谐振型电压互感器，以便提高整个电力系统可靠性。另在 城网变电站10kV(电缆出线多)系统中采用自动调谐原理的接地补偿装器可以有效的抑制对地电容电流增大而产生的谐振过电压并且适应电网无人值班变电站。