铁磁谐振的基本原理

开口三角接入阻尼电阻：
• 我国有关规程规定：R<=0.4Xm Xm为互感器在线电压作用下，每相励 磁感抗换算到开口三角绕组两端的电 抗值； • 35kV及以下，可在开口处接白炽灯、 35kV一般接入500~1000W 6~10kV一般接入200~600W
中性点接入消谐电阻：
• 5）对中性点直接接地系统，可采取下 列措施消除TV谐振： • 以CVT代替电磁式电压互感器； • 对带均压电容的断路器，经断路容量的 核算有较大裕度（约30%）可拆除断口 均压电容。
• 防止传递过电压的方法： • 避免出现中性点位移电压，可尽 量使断路器三相同期动作，不出
现非全相操作；
• 选择消弧线圈的脱谐度，错开串
联谐振条件；
2.断线引起的谐振过电压
• 电力系统中常见基波铁磁谐振。
• 断线谐振一般包括以下情况：
线路故障断线；
断路器不同期合闸；
熔断器不同时熔断；
• 只要电源侧或负荷侧有一侧中性点不接 地，可能组成复杂的非线性谐振回路， 出现谐振过电压。
回路电阻（损耗）的影响：
∆U R2 > R1
R2
E
m
n
R1
I
回路损耗阻碍了回路从正常工作点 跃变到谐振点的过程。
高次谐波谐振基本现象：
• 以三次谐波为例，中性点出现较高三次 谐波电压，与工频电压叠加。 • 往往使三相电压同时升高或一相升高。 • 较高的高次谐波谐振过电压可能引起电 压互感器绝缘损坏或避雷器爆炸；
限制谐振过电压的措施：
1）选用励磁特性好的TV或用电容式电压互感器 （CVT）； 2）增大对地电容，使容抗(Xc)与感抗(XL)的比值小于 0.01可避免谐振 。 3）在出现谐振时，可临时投入线路，增大电容消除谐 振； 4）中性点可经消弧线圈接地。
5）在零序回路中接入阻尼电阻。
TV开口三角绕组短时接入R； TV一次绕组中性点对地接入非线性消谐电阻；
铁磁谐振的特点：
• 发生铁磁谐振的必要条件是ωL>1/ωC； • 满足必要条件前提下，回路存在不止一种 工作状态，是否进入谐振状态，要看电源 过渡过程剧烈程度； • 铁磁谐振产生过电压与过电流，且能自我 保持；
• 铁磁谐振的发生是因为铁磁元件的饱 和。过电压受铁芯饱和和回路损耗的 限制；
• 谐振频率不是常数，可以等于电源频 率（50Hz）、可以为工频倍数（高次 谐波）、可以为分数次谐波；
3.电磁式电压互感器饱和引起的 谐振过电压
等值接线
• 下面分析正常时和剧烈扰动时的TV上 的电压和电流
分析结论：
• 正常时，中性点电位等于零，回路呈 容性； • 当出现剧烈扰动时，铁芯电感饱和；
• 当参数配合不当，发生串联谐振，在 中性点（对地电容）出现很高的电压；
• 中性点位移，将引起TV三相电压发 生变化
• 某一相电压数值降低，但不为零； 其余两相对地电压升高，其值超过 线电压，产生“虚幻接地”现象。
• 零序电压往往同时出现过电压；
小结：
• 铁磁谐振的发生是因为铁磁元件的饱和； • 发生铁磁谐振的必要条件是ωL>1/ωC； • 电源出现剧烈扰动时，回路可能进入谐振 状态； • 谐振频率可以是工频、高次谐波和分次谐 波； • 回路损耗对谐振起到限制作用；
• 因为P点不是稳定工作点，回路将偏离 P点，最终工作点稳定在a3点。
• 因为a3点已经出现谐振过电压和过电 流，因此将a3称为谐振点。
铁磁谐振的激发：
∆U
m E
n I
外电源E的增大超过m点后，回路电流从 感性突变为容性，并进入谐振工作点n
分析结论：
1）工作电压较低时，存在两个工作点a1 和 a3 ； 2）工作电压超过一定值时，只存在一个 工作点a3 ； 3）存在两个工作点时，正常时处于a1工 作点； 当出现剧烈过渡过程时，工作点可能 越变到a3 ，激发谐振现象。
电力系统常见非线性谐振过电压 • 传递过电压
• 断线谐振过电压
• 电磁式电压互感器铁磁谐振过 电压
1.传递过电压
• 是一种线性谐振，但有时会激Байду номын сангаас铁磁 谐振；
• 电网出现不对称接地，断路器非全相 或不同期操作时，中性点电压将显著 增大； • 通过静电、电磁耦合，在不同绕组间 或相邻线路间发生电压传递现象； • 在不利的参数配合下，出现线性串联 谐振或铁磁谐振状态。
三相对称电源接有空载变压器
l xl
EA

' C0
EB

" C0
" C C 12
" 12
L L L
EC

C0
C0
等值电路
A
1.5 E A

C
' 0
C
" 0
2C 0
2C
" 12
L
戴维南等值电路
C
E
1.5L
发生基波铁磁谐振的必要条件：
1 L C
防止断线谐振过电压的技术措施
• 保证断路器的三相同期动作；避免发 生拒动；不采用熔断器； • 加强线路的巡视和检修，预防发生断 线； • 断路器操作后又异常现象，可立即复 原，并进行检查； • 中性点接地电网中，操作中性点不接 地的负载变压器时，应将变压器中性 点临时接地。
电磁式电压互感器饱和引起的谐振过电压等值接线下面分析正常时和剧烈扰动时的tv上的电压和电流分析结论
铁磁谐振的基本 原理
1. 铁磁谐振
R
L
E
C
UC UL
• 谐振发生的必要条件：
ωL>1/ωC
• 因为电感不是常数，所以谐振 频率也不是常数； • 工频谐振
• 高频谐振 • 分频谐振
进入稳定谐振状态的条件：
UC
UL ∆U
E
a1
a2
a3
P
a1, a2, a3工作点分析：
• a1是稳定工作点，电路呈感性，电容、 电感电压较低，回路电流较小，是非 谐振工作点。
• a2是不稳定工作点，微小扰动可使工 作点偏离a2；
• a3是稳定工作点，电路呈容性，电容 电感电压和电流急剧增大，称为谐振 状态的工作点。
• 为什么P点（ωL=1/ωC）不是谐振点？
分数次谐波谐振基本现象：
• 不仅具有一定幅值的过电压，也会在电 感线圈中出现极大的过电流倍数（可达 额定电流的几百倍以上）；
• 往往造成TV高压熔断器熔丝烧断、严 重的烧毁TV； • 因为频差，三相电压表出现低频摆动；
• 分频谐振常常发生在有串联补偿的电网 中；
基波谐振基本现象：
• 中性点出现位移电压；