浅谈10kV系统产生谐振过电压原因及控制对策

浅谈10kV系统产生谐振过电压原因及控制对策

摘要在10kV配电网中，常常发生电磁式电压互感器烧毁的现象，其原因都是因为某些故障或者不正常运行致使电压互感器内的铁芯饱和，诱发铁磁谐振的产生，致使电压互感器内部产生过电压，过电流，严重威胁电力系统的安全运行。本文通过对配电系统电压互感器频繁损坏的现象，简要阐述铁磁谐振的现象与机理，产生的条件，提出了控制谐振过电压的措施，与大家交流学习。

关键词铁磁谐振；过电压；防范措施

引言

长期以来，电力系统铁磁谐振过电压严重威胁着电网的安全运行，在10kV 系统中，电磁式电压互感器引发的铁磁谐振过电压导致的设备事故时有发生。这种过电压持续时间长，对系统的安全运行构成很大威胁，轻者可导致电压互感器烧损，高压熔丝熔断及匝间短路或爆炸；重者发生避雷器爆炸、母线短路等事故。本文通过对配电系统电压互感器频繁损坏的现象，简要阐述铁磁谐振的现象，产生的条件及防范措施，总结了针对此类故障采取防范措施的一些运行经验。

1 铁磁谐振过电压产生的机理[1-2]

目前，我国企业在35kV或者是其以下的配电网，有许多都是采用中性点和不接地的方式进行运行的，因此其中的很大一部分选用的都是比较传统的消线圈完成接地。因此在其具体进行运行的问题可以看出，中性点的不接地系统，会受到电压的互感器铁心饱和使得铁磁谐振过的电压相对多一些。中性点不接地运行方式的电力系统单相接地后，两相电压瞬时升高，三相铁心受到不同的激励而呈现不同程度的饱和，电压互感器各相感抗发生变化（各相电感值不同），中性点位移，产生零序电压。由于线路电流持续增大，导致电压互感器铁心逐渐磁饱和，其电感值迅速减小，当满足ωL=1/ωC时，产生谐振过电压。在发生谐振时，电压互感器一次励磁电流急剧增大，使高压熔丝熔断。如果电流尚未达到熔丝的熔断值，但超过了电压互感器额定电流，长时间处于过电流状况下运行，可造成电压互感器烧损。电力系统中存在着许多非线性感性元件，如发电机、变压器、电压互感器等，这些感性元件和系统中存在的分布电容组成复杂的LC振荡回路，有可能激发铁磁谐振产生过电压。所谓谐振，是指振荡系统中的一种周期性或准周期性的运行状态。由于正弦交流电路中含有电感元件和电容元件，并且均含有一系列自振频率，而电源中也往往含有一系列諧波，在一定条件下，电路中会出现电压和电流同相的现象，电路呈现电阻性，这就是谐振。只要某部分电路的自振频率与电源的谐波频率相等或接近时，这部分电路就会出现谐振现象。铁磁谐振的产生，就会引起过电压，这种过电压持续时间长，对系统的安全运行构成很大威胁，轻者可导致电压互感器烧损，高压熔丝熔断及匝间短路或爆炸，重者发生避雷器爆炸、母线短路等事故。

2 10kV系统谐振过电压产生的条件分析[3-4]

常见的铁磁谐振现象产生一般应具备如下几个条件：

①中性点非直接接地系统；②电压互感器的非线性铁磁特性是产生铁磁谐振的根本原因，同时铁磁元件的饱和效应本身也限制了过电压的幅值。此外回路损耗也使谐振过电压受到阻尼和限制。当回路电阻大于一定的数值时，就不会出现强烈的铁磁谐振过电压；③电压互感器感抗约在系统容抗的100倍以内，即参数匹配在谐振范围；④振荡回路中的损耗足够小，所以谐振实际上发生在系统空载或轻载时；⑤外部因素产生对系统的激发作用，即系统有某种电压、电流的冲击扰动，如投入和断开空载母线、TV突然合闸、单相接地突然消失、外界对系统的干扰或系统操作产生的过电压等。

3 谐振过电压控制措施[5-6]

3.1 选用恰当的电压互感器

系统选用的电压互感器，其励磁特性若不良，在单相接地等过电压的作用下，会引起励磁电流增大，感抗下降，易激励引发铁磁谐振。反之，在电压互感器特性优越的条件下，对一般的过电压水平，還不足以进入较深饱和区，不易构成参数的匹配，从而可避免引发谐振。所以选择伏安特性优越的电压互感器，也是一种消谐的措施。因此，要求伏安特性的起始饱和电压应不小于1.9 倍线电压。

3.2 增大阻尼率防范谐振过电压

在自动调谐接地的补偿装置消弧线圈的一次的回路里加入功率比较大的阻尼电阻，能够使得中性点谐振过电压的幅值减少5%到10%。在系统中电容电流以及消弧线圈工作的电流保持一致的时候，接地产生的残流就不高，同时也不会产生弧光的过电压。所以，可以在消弧线圈中一次回路中增加功率比较大的阻尼电阻，这样可以使得阻尼率的防范谐振过电压被消亡。因为在电磁式电压互感器的开口三角形绕组上能够被添加阻尼的电阻，也能够对多种谐波的谐振情况给予消除。

3.3 电压互感器高压侧中性点加装消谐器

PT高压侧中性点加装消谐器方式属于一次消谐，该装置实际上是在PT的中性点接地回路中加入非线性电阻。在电网正常运行时，消谐器电压小于500V，电阻呈高电阻值状态（几百千欧），使谐振在起始阶段得到抑制，且不影响PT 精度；在发生单相接地或其他原因中性点电位升高时，电阻值下降（几十千欧），减小中性点偏移度，快速抑制电压，避免谐振。

3.4 改变电容参数或改善电磁式电压互感器的激磁特性

改变电容参数，使其远离谐振条件。在每相母线上安装电容器，使容抗始终大于感抗。不满足谐振产生条件；采用励磁特性好TV，破坏产生铁磁谐振的条

件。

参考文献

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[2] 李登.35kV配电系统铁磁谐振原因分析及预防措施[J].四川水力发电，2011，30（5）：120-122.

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[4] 刘新东.10-35kV配网铁磁谐振过电压的表现形式及消除措施[J].电气应用，2000，36（6）：45-46.

[5] 王晓云，李宝树，庞承宗等.电力系统铁磁谐振研究现状分析[J].电力科学与工程，2002，（4）：49-51.

[6] 高伟.配电网电磁式电压互感器谐振过电压抑制措施研究[D].西安：西安理工大学，2009.

王立东（1979-）男，吉林长春人，研究方向：城市轨道交通供电专业运维管理。