谐振产生的原因、分类、危害及防范措施

谐振产生的原因、分类、危害及防范措施
一、谐振的类型
一般可认为电力系统中的电容和电阻元件是线性参数，电感元件是非线性参数。

由于振荡回路中包含不同特性的电感元件，谐振有三种不同的类型：
1.线性谐振。

谐振回路由不带铁芯的电感元件（如输电线路的电感、变压器的漏感）或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件（如消弧线圈，其铁芯中有气隙）和系统中的电容元件所组成。

在正弦电源作用下，当系统自振频率与电源频率相等或接近时，可能产生线性谐振。

2.铁磁谐振。

谐振回路由带铁芯的电感元件（如空载变压器、电压互感器）和系统中的电容元件组成。

受铁芯饱和的影响，铁芯电感元件的电感参数是非线性的，这种含有非线性电感元件的回路，在满足一定谐振条件时，会产生铁磁谐振。

目前在我国的10kV 系统中，运行着大量的电磁式电压互感器（PT），当出现单相直接接地、单相弧光接地、母线空载时突然合闸等情况时，由于电压互感器铁心电感的非线性，很容易发生谐振。

当PT 一次电感与系统对地电容满足谐振条件时，将产生很高的过电压和过电流，从而引起PT一次熔断器烧毁，甚至爆炸，严重威胁电网的安全运行。

3.参数谐振。

谐振回路由电感参数作周期性变化的电感元件（如凸极发电机的同步电抗在Xd-Xq间周期变化）和系统电容元件（如空载线路）组成。

当参数配合恰当时，通过电感的周期性变化，不断向谐振系统输送能量，将会造成参数谐振。

二、铁磁谐振的特点
铁磁谐振是电力系统自激振荡的一种形式，其本质是一种LC振荡，是由于变压器、电压互感器等铁磁电感的饱和作用引起的持续性、高幅值谐振过电压现象。

其主要特点为：
1、铁磁谐振存在自保持现象。

激发因素消失后，铁磁谐振过电压仍然可以继续长期存在；
2、铁磁谐振过电压一般不会非常高，过电压幅值主要取决于铁心电感的饱和程度。

3、谐振回路中铁心电感为非线性的，电感量随电流增大、铁心饱和而下降；
4、铁磁谐振需要一定的激发条件，使电压、电流幅值从正常工作状态转移到谐振状态。

如电源电压暂时升高、系统受到较强烈的电流冲击等；
三、谐波与谐振的区别？
谐波是一个周期的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍，又称高次谐波。

通俗地说，基波频率是50HZ，那么谐波就是频率为100HZ、150HZ、200HZ...N*50HZ的正弦波。

谐振是交流电路的一种特定工作状况，是指在含有电阻、电感、电容的交流电路中，电路两端电压与其电流一般是不同相位的，当电路中的负载或电源频率发生变化，使电压相量与电流相量同相时，称这时的电路工作状态为谐振。

谐波在电网中长期存在，而谐振仅是电网某一范围内的一种异常状态。

四、谐振的危害
在电力系统中，铁磁谐振频繁发生，谐振时会产生过电压，严重威胁系统安全。

铁磁谐振过电压可以在3～220kV 的任何系统中发生，特别是在35kV 及以下的电网中，几乎所有的内部过电压事故均由铁磁谐振引起。

铁磁谐振引起的过电压持续时间长，甚至可能长期存在。

谐振的危害有：
1.谐振时，PT一次线圈通过电流较大，一次侧熔断器尚未熔断时，可能使PT线圈烧毁甚至过热爆炸，从而引起开关跳闸造成设备停电，破坏系统的正常工作。

2.谐振时，母线三相、二相及单相对地电压升高，不仅危害设备的绝缘，而且产生大的零序电压分量，出现虚假接地和不正确的接地指示，并使小容量的异步电机发生反转。

3.谐振时，电压互感器一次侧熔断器熔断后可能造成母线低电压保护误动，母线负荷误跳闸或厂用电误动。

五、谐振的预防措施
1.选用励磁特性良好、铁心不易饱和的电压互感器或改用电容式电压互感器。

10kV系统中使用的电压互感器，应选用励磁感抗大于1.5MΩ的电压互感器。

电容式电压互感器与常规电磁式电压互感器主要区别在于，其增大了一次绕组对地电容值。

当发生过电压时，故障电流大部分通过对地电容形成回路，仅有很少一部分流过PT 一次绕组，不会导致PT 一次绕组因过流而熔断，发生爆炸。

2..在中性点装设消弧线圈。

在10kV系统中发生谐振，且单相接地电流值较大或接近30A时，可将中性点通过消弧线圈接地。

3.装设微机消谐装置。

微机消谐装置实时监测电压互感器PT开口三角处的电压和频率，当发生铁磁谐振
时，瞬时启动谐振元件，产生强大阻尼，消除谐振。

微机消谐装置大多采用单片机作为核心元件，对PT开口三角电压（即零序电压）进行循环检测。

正常工作情况下，该电压小于30V，装置内的大功率消谐元件处于阻断状态，对系统无任何影响。

当PT开口三角电压大于30V时，说明系统出现故障，装置开始对开口三角电压进行数据采集，通过数字测量、滤波、放大等数字信号处理技术，对数据进行分板、计算、判断出当前的故障状态，如果出现某种频率的铁磁谐振（一般在17HZ-150HZ之间），CPU立即启动消谐电路，让铁磁谐振在强大的阻尼下迅速消失。

4.装设继电保护设备。

当电网发生单相接地故障时，为改变电压互感器的谐振参数，可通过装设一套继电保护设备来实现。

该装置是利用单相接地时所产生的较大谐振电流，启动电流继电器投入，将电压互感器二次侧开口三角处绕组短接。

当故障排除后，保护装置恢复原状，电压互感器恢复正常运行。