电压互感器谐振分析及抑制措施探讨

摘要：电力系统谐振过电压危害很大，严重影响系统的安全稳定运行。通过对谐振过电压的研究探讨，提出了抑制铁磁谐振的措施，对电网安全起到有效防范作用。

关键词：铁磁谐振 因素 原理 措施

0 引言

通常情况下，直接接地系统和不接地系统共同组成电力系统接地系统。直接接地系统的特点是容易产生并联谐振，不接地系统的特点是当发生单相接地时，容易出现串联谐振。长期以来，电网的安全、稳定运行受到电力系统谐振过电压的严重影响和制约。铁磁谐振在中性点不接地系统中所占的比例比较大。当前，铁磁谐振问题随着电网的不断发展，在中性点直接接地系统中变得越加突出、严重，发生的概率也在逐渐增大，公司系统多次发生铁磁谐振引起的过电压案例，对电网的冲击很大，危害很深，应引起足够的重视。

1 产生谐振的原因分析

1.1 外部因素。有以下4种情况：其一，线路对地电容和线路电阻随着电力线路长度在电力系统中发生的变化也将发生变化，空母线充电或倒母线时，易产生对地电容引起的并联谐振。其二，在暂态激发条件下，当系统的运行方式发生变化时，电压互感器容易发生铁磁饱和，其电感量L处于非线性变化，当发生雷电感应侵入或线路瞬间接地，特别是当系统出现单相接地时，串联谐振在一定程度上就会容易产生。其三，直接投入系统的电容发生变化，进而在一定程度上造成谐振，如投入补偿电容器，打开断路器断口时，并联电容容易发生并联谐振。其四，运行状态发生突变时，分次谐波就会产生，进而在一定程度上使ω发生变化，如拉、合隔离开关，可能产生串联或并联谐振。

1.2 内部因素。也有以下4种情况：其一，由于安装维修人员在变电站施工安装时未对电压互感器有关知识进行培训，对电压互感器工作原理、接线原理知识不扎实，致使电压互感器L端、N端所接二次回路全部重复接地，当系统发生接地后导致电压互感器线圈烧毁。其二，运行操作人员在倒闸作业中出现操作程序不规范，导致系统出现过电压致使一次保险或电压互感器烧毁。其三，测试周期不科学，致使电压互感器绝缘性能降低时不能及时发现。它虽不能直接造成电压互感器烧毁，但却是间接导致电压互感器烧毁的主要原因。其四，由于外力或人为破坏电力线路造成接地致使铁芯励磁饱和引起电流、电压波形的畸变，产生过电压，引发烧损一次保险等故障。

2 产生铁磁谐振的原理

电网的中性点电位在正常情况下为零，在线路中当出现瞬间单相故障时，对于其它两相电压来说，就会出现升高，进而在一定程度上导致电压互感器两相电压升高而出现饱和，降低了励磁电感，中性点出现位移电压，当三相之和为零时，便产生串联谐振，中性点电压急剧上升，由于铁芯的励磁饱和会引起电流、电压波形的畸变，即产生了谐波；当线路长，对地电容大，容易发生分次谐振，产生过电压；反之，当线路短，对地电容小，容易发生高次谐振，产生过电压。

当XC/XT≤0.01时，谐振不会发生，1/2次谐波、基波、三次谐波的谐振随着XC/XT的增加而依次发生，同时电压逐渐增大，因此1/2次谐波所需电压最低，最容易产生谐振，基波和高次谐波谐振过电压一般不超三倍电压，1/2次谐波谐振过电压，由于受到互感器严重饱和的影响，励磁电流急剧增加，可高达正常励磁电流的几十倍，常会引起熔断器熔丝熔断和互感器烧损。

3 消除铁磁谐振的措施

3.1 选择较好励磁特性的电压互感器；选用励磁特性较好的电压互感器通常情况下是解决铁磁谐振问题最有效的办法。电压互感器在过电压的情况下不足以进入深度饱和区，也就不能达到谐振的匹配参数，因此，通过选择电容式电压互感器，其良好的伏安特性，在一定程度上不容易激发铁磁特性。

3.2 减少并联电压互感器在同一系统中的台数；总的伏安特性一般情况下会随着并联运行电压互感器台数的增加而变差，感抗也就变小。电网中电容电流在这种情况下就会变大，铁磁谐振在一定程度上就越容易发生。所以，35千伏母线并联运行时，投入一台做绝缘监视就可以了，如果不能退出，这时就可以将高压侧接地的中性点断开。

3.3 电压互感器高压侧中性点与单相电压互感器进行串接；通常情况下，对于主电压互感器来说，其一次线圈呈星形接线，经零序电压互感器中性点接地，实现XC/XT≤0.01，进而在一定程度上避免因饱和造成的铁磁谐振。

3.4 电压互感器高压侧中性点与电阻串接；电压互感器每相对地串接电阻，即在铁磁谐振的串联谐振回路中串入电阻，在一定程度上将系统阻尼系数增大。也可利用消谐器进行消谐，消谐器由多个非线性电阻串联而成，接在电压互感器一次绕组中性点与地之间。

3.5 在母线上加装对地电容，实现XC/XT≤0.01；发生谐振时，利用变电站母线上安装的电容器，增大母线电容，待消除谐振后，再切除电容器，进而在一定程度上避免过补偿。

3.6 系统中性点经消弧线圈接地；系统中性点经消弧线圈接地相当于在电压互感器每一相励磁电感上并联一个电感，进而避免谐振的产生。

3.7 利用电容式电压互感器；电容分压器和一个较低电压等级的中间电磁式电压互感器共同组成电容式电压互感器，进而在一定程度上能预防谐振的产生，但容易产生自振现象。

3.8 采用临时的到接系统方式等措施来消除谐振，如投入电容器、消弧线圈、空载线路等。

4 减少谐振的方案――优化设备选型

由于电压互感器特性不好，铁芯易饱和，所以在中性点不接地系统中就容易产生铁磁谐振，铁磁谐振2/3以上属于分次谐波谐振，其余1/3属于基波或高次谐波谐振，这些谐振是造成电力系统不稳定的重要因素，为此，需要优化设备选型方案。

4.1 确定电压互感器励磁特性分级标准，特性好的电压互感器对绝缘进行监视和测量，一次中性点引出接地，特性不好的电压互感器主要用于测量，一次中性点不引出接地。

4.2 当XC/XT≤0.01时，铁磁谐振就可避免，新设备投运前实测XC、XT值，对产生铁磁谐振的可能性进行判断，同时采取有效措施进行解决。

4.3 当电压互感器的伏安特性不符合规定时，系统中承担中性点不接地绝缘监视的电压互感器一次中性点接地，科研、设计阶段要求电压互感器开口三角处配置消谐装置。

4.4 设备选型时要求制造厂提供低磁密电压互感器，铁芯最大工作磁密应降低至1/1.732倍以下。

参考文献：

[1]康万银.10kV电压互感器单相接地与谐振的区别[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2009（10）.

[2]李建军，曾灿林，李晓翔.一种铁磁谐振抑制和消除新方法[J].价值工程，2013（14）.

[3]高鹏，马江泓，刘富元，白瑞雪.非有效接地系统中电压互感器防谐振措施研究[J].电网与水力发电进展，2008（01）.

作者简介：张素升（1974-），男，山西朔州人，2013年毕业于太原工业学院电量系统及其自动化专业，工程师；张登宇（1977-），男，山西朔州人，2002年毕业于太原重机学院电量系统及其自动化专业，工程师、技师。