电压互感器铁磁谐振的原因与对策

[摘要] 浅析电压互感器铁磁谐振的原因，并对限制和消除铁磁谐振过电压提出一些处理措施。

[关键词] 电压互感器 铁磁谐振 激发因素

电压互感器铁磁谐振过电压会引起其高压侧熔断器熔断，甚至使电压互感器过热烧坏。发生这种情况，就会造成高压电机跳闸停产，从而造成经济损失。本文针对电压互感器铁磁谐振的前因后果和预防措施作简要探讨。

1 铁磁谐振

1.1 铁磁谐振现象

铁磁谐振属供电系统中的非线性谐振，图1所示为最简单的电阻R，电容C和铁芯电感L的串联电路。暂时不考虑损耗电阻，当电感L两端的电压有所升高，电感线圈中出线涌流时就有可能使铁芯饱和，电感值减小，以致

（1）

由电工原理知道，此时满足串联谐振条件，在电感、电容两端形成过电压，这种现象称为铁磁谐振现象。在供电系统中表现为线路各相对地容抗与电压互感器各相综合感抗数值相近或相等时，电压互感器的铁磁谐振就发生了。

图1 最简单的R、C和铁芯电感L的串联电路

1.2 谐振原因浅析

1.2.1 正常状态

在正常状态下，电压互感器不会发生铁磁谐振。因为在正常状态下，电压互感器各相高压绕组的励磁电抗XmL>Xco,电压互感器中性点对地电压 为零，不会产生铁磁谐振。

（2）

式中 A、 B、 C――分别为母线电源电势，V

y1、y2、y3――分别为电压互感器三相对地导纳，Ω；且y1= y2= y3=

要产生铁磁谐振过电压，既要满足Xco>XmL的条件，又要有激发因素。所谓激发因素，实质就是使铁芯饱和。

1.2.2 系统故障状态

在系统故障状态下，电压互感器可能具备铁磁谐振的条件。以下举三个供电系统故障的例子，具体分析发生铁磁谐振时Xco值与XmL值的关系。

①当电压互感器中性点不接地、系统发生一相断线且又接地时。如图2所示。把它看做含源一端口网络，用戴维南定理求出其等效电路，如图3所示。其中， d=1.5Uφej120°，Ld=1.5L0，Cd=2C0，Uφ为相电压有效值，C11为等效负载。

图2 电压互感器中性点不接地、C相断线且

又接地时电路图

图3 等效电路

由式（1）得

式中 W0―产生铁磁谐振的频率；C0―A、B相各自对地电容；L0―电压互感器每相饱和电感。

上式成立的条件是：

即 Xco>3XLO

当系统C0较大时，Xco值较小，Xco>3XLO成立较难。因此，电压互感器中性点不接地时比较不容易激发谐振。

②当电压互感器一次侧中性点接地，系统发生单相断线且又接地时，如图4所示，图5为等效电阻。

图4 电压互感器中性点接地，C相断线且又接地时电路图

图5 等效电路

图5中， d=1.5Uφej120°，Ld=0.5L0，Cd=2CO。由式(1)得

上式成立的条件是

即 Xco>X L0成立。

如有激发因素使铁芯饱和，Xco>XL0成立。因此，电压互感器中性点接地，在故障状态下可能发生铁磁谐振；系统有激发因素，就会发生铁磁谐振。

③当电压互感器一次侧中性点接地，供电系统发生单相接地故障时，如图6所示，图7为等效电路。

图6 电压互感器中性点接地，系统发生A相接地时电路图

图7 等效电路

用同样的方式计算得XC0=R2/XL0+XL0，R为B、C两相高压侧绕组的直流电阻，显然Xco>XL0。

因此，只要系统有激发因素，当电压互感器一次侧中性点接地，同时发生故障，就会发生铁磁谐振。

1.2.3 激发因素，Xco/XmL比值，后果

引起铁磁谐振的激发因素主要有：①运行人员倒闸操作，切除网络故障或短路设备；②系统出现故障，如单相接地，单相断线等；③雷击感应；④三相负荷发生不平衡变化；⑤拉合开关不同期性，三相对地电容短时内极不平衡等。

系统发生不同频率的谐振，与Xco/XmL的比值有直接关系：①当Xco/XmL的比值较小(一般小于0.07)时，发生的谐振是分频谐振；②当Xco/XmL的比值较大（一般是1～2.8之间）时，发生的谐振是高频谐振；③当Xco/XmL的比值接近1（一般是0.07～1）时，发生的谐振是基波谐振。

铁磁谐振的后果是严重的，它会使高压熔断器熔断，喷油冒烟，甚至使互感器烧毁，因此必须采取有效措施抑制和消除铁磁谐振过电压。

2 限制和消除铁磁谐振过电压的措施

主要措施：①选用励磁特性较好的电压互感器；②在母线上加装一定数量的对地电容；③采取临时的倒闸措施，如投入消弧线圈、投入事先规定的某些线路或设备等；④在电压互感器的开口三角形绕组中加装阻尼电阻R≤0.4Xm等。对于网络参数和负荷变化较大、母线有两个以上谐振源的供电系统，不适合用第四种方法。此外，采用此法还应加装选频器选频，自动串接不同数值的阻尼电阻，如果Xco/XmL

参考文献：

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