电力系统铁磁谐振分析综述
电力系统铁磁谐振分析综述
一
（ ）基频 谐 振 ： 相 电 压 表 中指 示 数 值 为 两 相 高 ， ３ 三 相 低 ， 电压 正 常 ； 电流 很 大 ， 往 导 致 电 压互 感 器 线 过 往 熔 丝 熔 断 ，甚 至烧 毁 电 压互 感 器 ； 电 压倍 数 在 ３ ２倍 过 ．
（ ２）高频 谐 振 ： 电 压 倍 数 较 高 ； 相 电 压 表 示 过 三
数同时升高 ， 最大值达 相 电压的 ４～ ５倍 ， 电压基 本 线
正 常 ； 电流 较 小 。 过
的研 究 ， 示 了铁 磁 谐 振 的 内在 规 律 。 揭 Ｈ． Ｐ ｔｒｏ Ａ． ｅｅｓｎ等 人 通 过 模 拟 试 验 对 铁 磁 谐 振 进
有 周 期 性 的摆 动 ， 电 压 指 示 正 常 。 线
１ 铁磁谐振分析
１１ Ｐ ｔｒｏ ． ｅ ｓｎ谐 振分 布原理 ｅ
多 年 来 ， 内外 许 多 专 家 学 者 对 铁 磁 谐 振 现 象 做 国
了 大 量 的理 论 研 究 和 实 验 分 析 ， 别 是 Ｈ． Ｐ ｔｒｏ 特 Ａ． ｅｅｓｎ
器 起 始 励 磁 电感 的 增 大 ， 次 会 发 生 高 频 、 频 和 分 相 电压 以 内 ， 有 接地 信 号 指 示 ， 依 基 伴 即虚 假 接地 现象 嶂。 频 谐 振 ， 振 曲线 如 图 １所 示 。 由 图 １可 见 ， 心 电 谐 铁 感 的伏 安 特 性 愈 好 ， 心 越 不 易 饱 和 ， 振 区 域 愈 向 铁 谐
险熔 断 等事 故 ， 重 影 响 配 电 网 的 安 全 运 行 。本 文 严
针 对 铁 磁 谐 振 的发 生 机 理 及 其 分 类 进 行 了概 述 ， 对 并 当 前 研 究 铁 磁谐 振 的 各 种 方 法 和 消谐 措 施 做 了 总结 。
铁磁谐振分析(与“谐振”有关的文档共20张)
铁磁谐振
1
第一页，共20页。
铁磁谐振
电力系统中发生铁磁谐振的机会是相当多的。经验表明， 它是电力系统某些严重事故的直接原因。
电路中带有铁芯的电感元件（空载变压器、电压互感
器），会产生饱和现象，其电感不再是常数，而是随 着电流或磁通的变化而变化。这种含有非线性电感元
件的电路，在满足一定条件时，会发生铁磁谐振。
在铁心未饱和时，回路参数满足的条件
01/ L0C
L0
1
C
随着线圈中电流的增加，电感值下降，0上升到接近或等
于，满足了串联谐振的条件，回路由非谐振状态转化
为谐振状态
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基波铁磁谐振的特点
相位反倾现象
➢ 电动势E由零逐渐增加，回路的工作点将由0点逐渐 上升到m点，随后突变到n点，回路电流将由电感性突 变为电容性
在基波谐振时，除基波分量外，还可能有高次谐波
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第五页，共20页。
基波铁磁谐振产生的条件
串联铁磁谐振回路
基波铁磁谐振图解法
UCII/C是一条直线
U L I 在起始阶段为一
直线，其斜率称为起始感
抗 L0 （ 即 在 额 定 电 压 下 的励磁感抗）
随着电流的增加，铁心逐渐饱和， 电感值下降，不再是直线
升压）过程中自激产生
工作点的跃变使回路电流相位发生180°的变化，称为相位反倾现象
判断 a、c 两点是稳定工作点，而 b 点是不稳定的
谐振点从 c c` ，L、C 两端的过电压有所下降， 点转移到 工作点的跃变使回路电流相位发生180°的变化，称为相位反倾现象
在 I=Ij 处，曲线UL(I)与UC(I)有交点K，UL＝UC ，在电流逐渐增大的过程中电路由感性经K点后变为容性
浅谈电力系统中的铁磁谐振过电压及消除方法
浅谈电力系统中的铁磁谐振过电压及消除方法摘要：本文简要分析了电力系统中铁磁谐振产生的原因、现象及对电气设备的危害，并介绍了消除铁磁谐振过电压的常用方法。
关键词：电力系统；铁磁谐振；过电压；电容；电感1 引言电力系统中有许多的电感、电容元件，如变压器、互感器、电抗器、消弧线圈、发电机等的电感，输电线路的对地电容及相间电容，以及各种高压设备的电容。
这些电感，电容元件在特定的参数配合条件下构成振荡回路，当系统进行操作或发生故障时形成谐振现象，从而产生谐振过电压，导致系统中某些电气设备出现严重的过电压而损坏，影响电力系统的安全运行。
2铁磁谐振过电压产生的原因电力系统内，一般的回路都可简化成电阻R、感抗、容抗的串联和并联回路。
铁磁谐振回路由带铁芯的电感元件(如空载变压器、电压互感器)和系统的电容元件组成。
正常运行条件下，感抗大于容抗，即＞，此时电路运行在感性工作状态，不具备线性谐振条件，回路保持稳定状态。
铁磁谐振回路的容抗在频率不变的情况下基本上是个不变的常数，而感抗一般是由带铁芯的线圈产生的，铁芯饱和时感抗会变小。
当电源电压有所升高或电感线圈中出现涌流时，就有可能使铁芯饱和，其感抗值随之减小，当＝时，即满足串联谐振条件，于是发生铁磁谐振[4]。
电力系统运行参数具有随机性，其运行方式灵活，构架比较复杂，容易使系统参数发生变化。
在进行操作或者发生故障的条件下，电力系统中的电容和电抗元件很容易形成振荡回路，尤其是主变压器，电压互感器等有绕组及铁芯的设备在一定的激励条件下，最容易产生电磁耦合现象，进而产生串、并联谐振，引发铁磁谐振过电压。
35kV、10kV系统大多采用中性点不接地方式运行，电网结构相对薄弱，加上电力系统操作频繁，运行方式又多变，很容易导致铁磁谐振过电压。
据有关统计，铁磁谐振过电压导致故障概率高达50% ～ 55%。
铁磁谐振过电压导致故障的严重性可见一般。
铁磁谐振过电压本质上是由于非线性励磁电感与电力系统对地电容所构成的铁磁谐振所引发的电网中性点不稳定现象。
铁磁谐振
1、铁磁谐振：电网中大量非线性电感元件（变压器、电磁式电压互感器）在正常状态下，工作在励磁特性的非饱和区，但在暂态过程中（例如由于接地故障或断路器操作），电感工作状态会跃变到饱和区，电感上电压或其中通过电流突然异常上升，这种现象就是铁磁谐振。
2、谐振原因：中性点接地系统的110、220kV变电站母线上，通常连接电磁式电压互感器，因而PT是一种非线性电感元件，当发生断路器或刀闸操作，导致母线通过断路器的均压电容供电时，暂态过程可诱发铁磁谐振，结果引起PT和母线上电压急剧增加，PT中电流大幅上升，导致PT烧毁，外绝缘闪烙或避雷器爆炸等事故。
3、谐振分类：依据谐振电压的频率，铁磁谐振可分为工频、分频、和高频谐振，在中性点接地系统空母线上发生较多的是工频谐振。
下面就发生单相接地时开口三角电压的计算做一下讲解，首先来了解两个概念，大电流直接接地系统和小电流不接地或间接接地系统。
这涉及到不同的接地系统开口三角PT变比的选择不一样，一次侧发生接地时计算开口三角电压的向量图也不一样。
小接地电流系统：中性点不接地或经过消弧线圈和高阻抗接地的三相系统。
在我国划分标准:X0/X1＞4～5的系统属于小电流接地系统。
大接地电流系统：在接地电力系统中性点直接接地的三相系统，一般110kV及以上系统或380/220V的三相四线制系统。
我国标准为：X0/X1≤4～5的系统属于大接地电流系统。
其中:X0为系统零序电抗,X1为系统正序电抗。
铁磁谐振
在中性点经消弧线圈接地系统中，单相接地不会导致保护出口跳闸来切除故障，因此也不会出现重合闸动作 信号，并且由于消弧线圈的补偿作用，较小的短路电流不至于烧损导线或电缆而发展为断线故障。按照调度规程 的要求，单相接地故障可有2h的处理时间。虽然弧光接地所引起的过电压可能导致消弧线圈与接地点电容形成串 联谐振 。
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总结
随着国家电公司对调度自动化基础数据综合整治工作的深入进行，调控中心所汇集的电运行监控信息的准确 性、可靠性、实时性、全面性得到大幅提高，这为调控员快速识别、分析、处理各类电异常、故障、事故提供了 更广的视角。通过实践证明：利用越限报警、保护装置告警、消弧线圈动作信息、故障母线及其相邻母线的三相 电压和电压幅值的综合判据能够快速地辨识出铁磁谐振，为调控员及时正确处理谐振事故，防止损失扩大赢得了 宝贵的时间 。
介绍
虽然铁磁谐振在国内外已有很多研究成果，在电运行中也采取了许多消谐措施，但小电流接地系统的铁磁谐 振事故却依然频繁发生。当调控员误将铁磁谐振当成接地或断线故障进行排查而延迟事故处理时，一次设备往往 会发生严重损坏 。
主要特点
1、谐振回路中铁心电感为非线性的，电感量随电流增大、铁心饱和而趋于平稳； 2、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； 3、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； 4、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。
2）用5s时间观察故障母线的三相电压并判断该母线上若干线路的有功值相对于其电流值是否正常，以排除 电压互感器故障的可能性。
3）用10s时间根据故障母线三相电压的实时显示值判断是否为谐振事故，依据为其中一相电压略升高或降低， 另两相降低为0或升高至1.2倍线电压，且恒定无波动；或经主变压器高压侧相连分列运行的低压相邻母线的三相 电压出现明显三相不平衡。出现以上2种特征中的任意1种即为谐振事故。如果由于遥测数据缺失等原因导致无法 观察到上述特征，调控员可继续用5～10min时间进行单相接地、断线等故障的判断和排查，同时观察越限报警和 大量保护装置的异常报警“动作/复归”信号是否多次成对出现，出现2次及以上即可判定为谐振事故。
浅析铁磁谐振及应对措施
浅析铁磁谐振及应对措施摘要铁磁谐振是电力系统自激振荡的一种形式,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。
首先简述电力系统中性点的接地方式,然后结合我公司中性点不接地系统发生的一起单相接地故障,简要分析铁磁谐振产生的原因,以及应对措施。
关键词电力系统中性点;接地;电压互感器;铁磁谐振1电力系统中性点接地方式电力系统中性点是指线路首端电压所连接的变压器绕组三相接成星形接线时绕组的末端连接点。
电力系统中性点接地是一种工作接地,接地方式通常有中性点直接接地、中性点不接地(绝缘)或经消弧线圈接地等。
1.1中性点直接接地是指电力系统中至少有一个中性点直接或经小阻抗与接地装置相连接。
这种接地方式是通过系统中全部或部分变压器中性点直接接地来实现的。
其作用是使中性点经常保持零电位。
当系统发生单相接地故障时,能限制非故障相对地电压的升高,从而可保证单相用电设备的安全。
但中性点直接接地后,单相接地故障电流较大,一般可使剩余电流保护或过电流保护动作,切断电源,造成停电;发生人身一相对地电击时,危险性也较大。
所以中性点直接接地方式不适合对连续供电要求较高及人身安全、环境安全要求较高的场合。
1.2中性点不直接接地系统是指电力系统中性点不接地或经消弧线圈、电压互感器、高电阻与接地装置相连接。
中性点不接地可以减小人身电击时流经人体的电流,降低设备外壳对地电压,单相接地故障电流也很小,且接地时三相线电压大小不变,故一般不需停电,因此供电可靠性高。
中性点不接地系统发生单相接地时,会引起三相电压不平衡:发生单相一点接地时,由于系统与地未构成回路,所以短路点流过的电流较小,主要为容性不平衡电流;发生单相一点接地时,线电压大小不变且对称,因此仍可继续运行一段时间,但一般规定不超过2小时。
1.3发生单相接地故障的危害单相接地又分为金属性接地和非金属性接地两种:金属性接地相电压为零,其他两相电压升高为相电压的1.732倍。
6kv电力系统铁磁谐振分析
6kv电力系统铁磁谐振分析摘要：本文针对油田电力生产中，出现铁磁谐振所引发对电压互感器等电力设备的伤害的问题，以铁芯元件非线性的铁磁特性和产生铁磁谐振的理论条件为基础，指出会引发铁磁谐振现象的条件，论述了抑制铁磁谐振产生的机理，并对目前治理谐振的方法进行了总结，提出了治理铁磁谐振较好的方法。
关键字：铁磁谐振；电压互感器；铁芯电感；铁磁特性0 引言铁磁谐振是小电流接地系统中一种内部过电压故障，在6kv配电网络中时有发生。
铁磁谐振是指在有铁芯电感元件在串联回路中的谐振，当有铁芯电感受到所处系统的干扰后，电感值与系统的电容值形成匹配，形成的一种内部过电压的形式，其电压值一般不超过电源电压的3倍。
由于铁磁谐振的发生有一定的随机性和必然性，很难预测铁磁谐振发生的时间，但一旦发生铁磁谐振会引起一定的经济损失。
本文通过对近些年文献资料的研究和总结，借鉴更高电压等级电力系统对铁磁谐振的抑制方法，提出适合6kv电力系统的抑制铁磁谐振的方法。
1铁磁谐振产生的条件和危害1.1铁磁谐振产生的条件在6kv配电系统中，铁芯电感元件主要是变压器和电压互感器。
变压器主要是短路和操作过程中，其励磁电感与电网电容组成串联谐振回路，产生的铁磁谐振过电压。
电磁式电压互感器为了监察变电所的母线电压，变电所都有安装。
电压互感器的一次侧绕组做星型连接，并让中性点接地。
在某些情况下，电压互感器的励磁阻抗与系统的对地电容会形成非线性的谐振电路。
1.2铁磁谐振的危害铁磁谐振会引起的危害有：1、会烧毁电压互感器保险，造成系统误认为低电压，从而造成，系统低电压误动作，造成停电事故。
2、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，必然造成电压互感器烧损。
如果是一体式电压互感器，就需要整体更换，如果是分体式电压互感器，则需要针对所损坏的部位，分项更换，会造成一定的经济损失。
电力系统PT铁磁谐振浅析
１ 引言
电力 系 统 中 “ 铁磁 谐振 ”是 属 于 一 个 物 理 范 畴 ，是指 电 力系统的 电流 中所包括的频 率是基波 的整数倍 的电量 。二十 世纪初期 ，电力系统产生的谐波就 已经得 到了人们 的关注 ， 并且在德 国，电流和 电压产生 了畸形变化和变异 ，只是在 当
移现象。
序 措 施
号
接线的 电磁式 电压互
感器 的高压绕组 ，就成 为系统三相对地 的唯一金属通道 。其
优 点
缺 点
ｌ
１ １
鼬掰 ≈ 聃
采 用 励 Ｐ Ｔ励磁特 性越好 磁 特 性 虽 可 降 低 谐 振 发 生 的概 较 好 的 产生 Ｐ Ｔ 谐振动 电容 率， 但 一旦发生 ，过电压 、 Ｐ Ｔ 参数范围就越 小。 过电流更大。
时 由于科技不发达 ，技术条件 的限制 ，人们对于谐波 的认 识 不够深入 ，但 是随着新形势下科学技术 的发展 ，电力系统的 谐波 问题又重新进入人们的视野 ，并引起 了高度 的关注 。
２ Ｐ Ｔ铁磁谐振回路及基本原理
在 中性点不直接接地系统中，为 了监视绝缘 （ 三相对地 电压 ） ，发电厂、变电所 的母线上通 常接有 接线的 电磁式
当 电 网 中 出现 如 下 扰 动 ： （ １ ） 向只带有 Ｐ Ｔ的空母线充 电； （ ２ ） 进行投、切 空载线路等操作 ； （ ３ ） 三相线路产 生单相瞬 间弧光接地； （ ４ ） 雷 电产生的 电波侵入变压器或 Ｐ Ｔ等相 关电感元件 ； （ ５ ） 电网本身的负荷量很轻时 ，变压器及 Ｐ Ｔ一相或两相 的高压保 险丝瞬 间熔断 ； 发生上述情况之一或几个现象时，都可以使电网对地 的 产生 的电压瞬时升高，从而使与之相 呼应 的 Ｐ Ｔ励磁 电流也 瞬时突然加大 ，甚至是铁 芯处于饱和状态 ，最后导致 的结果 则是线 圈自身 的励磁 电感随之而减少 。
供电系统中电压互感器铁磁谐振现象分析
２ 若每相对地加装 电容器， ） 会增大单相接地故
障时因系统对地 电容所产生 的超前 电流分量 。 且投 资较大。
（ ）选用消耗谐振能量 的方法 ２
ａ ．三相 电压表 中指示数值 为两相高 ， 一相低 ，
线 电压正常 ； ｂ ．过电流很 大 ， 往导 致 电压互感 器熔 丝熔 往
压：
（） ２ 改变系统 电容电感参数
主要 目的是 消除产 生谐振 的条件 。技 术措施
为：
１ ）选用不易饱和 的电压互感 器或三相五柱式 电压互感器 ； ２ ）减少系统中并联电压互感器的台数 ； ３ ）在三相 电压互感器一次侧 中性 点串接单相
电压互感器 ， 使三相 电压互感器等值电抗显著增大；
谐振时 ， 器开 口三角形 的端 电压 ｕ 互感 △大部 分大 于 １０ 仅有个别情况下小于 １０ 但此时相电压 ０ Ｖ， ０ Ｖ，
２ ）在 电压互感器一次侧 中性 点与地之 间串人
消谐 电阻。
波动轮流升降 ； 而单相接地 时 ， 互感器 开 口三角形 的端 电压 ｕ △最大不超过 １０ ， ０ Ｖ 高阻接地时还要低 ，
供 电系统 中电压互感器铁磁谐振现象分析
周铁军 ， 田蓉 王
（ 开滦精煤股份有限公司 吕家坨分公 司， 河北 唐 山 ０３０ ） ６０ ４
摘 要 ： 通过 电压互感器高压侧熔丝熔 断或互感器烧毁事故， 分析 了产 生铁磁谐振 的原 因、 生 产
的条件及 划分 ， 总结 了运行 中的经验教训 ， 并提 出了防止铁磁谐振的措施。
作者简介： 周铁军（ ７ 一 ， 工程师。１ ３ １ １ ）男， ９ ９ 年毕业于中国矿业 ９
浅谈铁路10kv电力系统中铁磁谐振现象及防范
浅谈铁路10kv电力系统中铁磁谐振现象及防范文章对铁路10kv电力系统设备运行中出现的铁磁谐振现象进行研究分析，提出防范措施，以提高电力设备供电可靠性。
标签：铁磁谐振；研究分析；防范措施引言普速铁路10kv电力系统和高速铁路电力配电所调压变压器一次侧中性点不接地，单相接地故障时电流很小，允许运行接地运行2h。
在这种系统中，时常会出现这样一些现象，如：在分、合断路器时，出现瞬时接地信号指示、电压互感器高压保险熔断；在出现单相接地时，电压互感器高压保险熔断或电压互感器烧毁；负载小的时候，出现三相电压指示严重不对称。
这些故障现象很多都是铁磁谐振造成的，为确保供电可靠性，提高信号等重要负荷供电质量，有必要对此进行研究，并提出防范措施。
1 铁磁谐振的原理铁路10kv电力系统中大量存在着有铁心的电感线圈和电容的电器设备及大量电缆，为铁磁谐振的发生创造了条件。
有电感和电容的电路，在一定条件下就会出现谐振。
电容、电感串联的电路，会出现电压谐振；电容、电感并联的电路，会出现电流谐振。
在分、合闸操作时就会引起谐振现象发生。
实际的电力系统电路复杂，不仅是三相的，电容也不一定是明显的电容器，可能是空载电缆线路或架空线路，电感线圈可能是变压器、互感器、电抗器，激发因素也不一定明显。
下面举例说明。
例如：当10kv电力系统发生单相接地时，因铁磁谐振造成电压互感器高压熔断器熔丝熔断。
图1 10KV电力系统接线图图2 等效电路图如图1所示，系统中性点是不接地的，但是电压互感器的中性点是接地的，它的高压绕组与外线对地电容构成L、C并联回路，图中，BI代表变压器的二次绕组，Ca、Cb、Cc代表三相对地电容，La、Lb、Lc代表电压互感器一次绕组，可以看成是带铁心的线圈。
当C相接地时，故障点流过电容电流，该系统的等效电路如图4所示。
因为Cc、Lc被短路，所以图中没有画出，La、Ca组成一个并联回路，两端电压Uca是1.732倍的相电压，在这一瞬间电压突变过程中，电压互感器高压线圈的非接地两相的励磁电流就要突然增大，呈现不同程度的饱和，电压互感器的各相感抗发生变化，各相电感值不相同，中性点位移，产生零序电压。
电力系统谐振原因及处理措施分析
一、概述铁磁谐振就是由铁心电感元件,如发电机、变压器、电压互感器、电抗器、消弧线圈等与与系统的电容元件,如输电线路、电容补偿器等形成共谐条件,激发持续的铁磁谐振,使系统产生谐振过电压。
电力系统的铁磁谐振可分二大类:一类就是在66kV及以下中性点绝缘的电网中,由于对地容抗与电磁式电压互感器励磁感抗的不利组合,在系统电压大扰动(如遭雷击、单相接地故障消失过程以及开关操作等)作用下而激发产生的铁磁谐振现象;另一类就是发生在220kV(或110kV)变电站空载母线上,当用220kV、110kV带断口均压电容的主开关或母联开关对带电磁式电压互感器的空母线充电过程中,或切除(含保护整组传动联跳)带有电磁式电压互感器的空母线时,操作暂态过程使连接在空母线上的电磁式电压互感器组中的一相、两相或三相激发产生的铁磁谐振现象,即串联谐振,简单地讲就就是由高压断路器电容与母线电压互感器的电感耦合产生谐振由于谐振波仅局限于变电站空载母线范围内,也称其为变电站空母线谐振。
二、铁磁谐振的现象1、铁磁谐振的形式及象征1)基波谐振:一相对地电压降低,另两相对地电压升高超过线电压;或两相电压降低、一相电压升高超过线电压、有接地信号发出2)分次谐波:三相对地电压同时升高、低频变动3)高次谐波:三相对地电压同时升高超过线电压2、串联谐振的现象:线电压升高、表计摆动,电压互感器开口三角形电压超过100V三、铁磁谐振产生的原因及其分析:1、铁磁谐振产生的原因:1)、有线路接地、断线、断路器非同期合闸等引起的系统冲击2)、切、合空母线或系统扰动激发谐振3)、系统在某种特殊运行方式下,参数匹配,达到了谐振条件2、串联谐振产生的原因:进行刀闸操作时,断路器隔离开关与母线相连,引发断路器端口电容与母线上互感器耦合满足谐振条件3、电力系统铁磁谐振产生的原因分析电力系统就是一个复杂的电力网络,在这个复杂的电力网络中,存在着很多电感及电容元件,尤其在不接地系统中,常常出现铁磁谐振现象,给设备的安全运行带来隐患,下面先从简单的铁磁谐振电路中对铁磁谐振原因进行分析。
浅谈电力系统中的铁磁谐振原因及消除谐振的办法
浅谈电力系统中的铁磁谐振原因及消除谐振的办法浅谈电力系统中的铁磁谐振原因及消除谐振的办法摘要:本文主要论述了电力系统中的铁磁谐振产生的主要原因、发生谐振时的现象、危害以及消除谐振的办法前言：近年由于泸州电网的快速发展、再加上今年又是电网建设年，泸州电网也进行了大量的改造和扩建工程，大到500kV、小到10kV配网都有较大的变化，使得整个网络变得更加复杂、灵活、坚强。
但就是因为电网结构的较大变化(如中低压电网的扩大，出线回路数增多、线路增长，电缆线路的逐渐增多，中低压电网对地电容电流亦大幅度增加等)以前电网中少有发生的铁磁谐振现象，现在却时有发生，由于谐振时会产生过电压，给电网安全造成了积大的威胁，如不采取有效的消除措施，可能会造成设备损坏、甚至还会诱发产生更为严重的电力系统事故。
下面就电网中的铁磁谐振谈谈我个人的认识、见解。
一、概述铁磁谐振是由铁心电感元件，如发电机、变压器、电压互感器、电抗器、消弧线圈等和和系统的电容元件，如输电线路、电容补偿器等形成共谐条件，激发持续的铁磁谐振，使系统产生谐振过电压。
电力系统的铁磁谐振可分二大类：一类是在66kV及以下中性点绝缘的电网中,由于对地容抗与电磁式电压互感器励磁感抗的不利组合,在系统电压大扰动(如遭雷击、单相接地故障消失过程以及开关操作等)作用下而激发产生的铁磁谐振现象;另一类是发生在220kV(或110kV)变电站空载母线上，当用220kV、110kV带断口均压电容的主开关或母联开关对带电磁式电压互感器的空母线充电过程中，或切除(含保护整组传动联跳)带有电磁式电压互感器的空母线时，操作暂态过程使连接在空母线上的电磁式电压互感器组中的一相、两相或三相激发产生的铁磁谐振现象，即串联谐振，简单地讲就是由高压断路器电容与母线电压互感器的电感耦合产生谐振由于谐振波仅局限于变电站空载母线范围内，也称其为变电站空母线谐振。
二、铁磁谐振的现象1、铁磁谐振的形式及象征1)基波谐振：一相对地电压降低，另两相对地电压升高超过线电压;或两相电压降低、一相电压升高超过线电压、有接地信号发出2)分次谐波：三相对地电压同时升高、低频变动3)高次谐波：三相对地电压同时升高超过线电压2、串联谐振的现象：线电压升高、表计摆动，电压互感器开口三角形电压超过100V三、铁磁谐振产生的原因及其分析：1、铁磁谐振产生的原因：1)、有线路接地、断线、断路器非同期合闸等引起的系统冲击2)、切、合空母线或系统扰动激发谐振3)、系统在某种特殊运行方式下，参数匹配，达到了谐振条件2、串联谐振产生的原因：进行刀闸操作时，断路器隔离开关与母线相连，引发断路器端口电容与母线上互感器耦合满足谐振条件3、电力系统铁磁谐振产生的原因分析电力系统是一个复杂的电力网络，在这个复杂的电力网络中，存在着很多电感及电容元件，尤其在不接地系统中，常常出现铁磁谐振现象，给设备的安全运行带来隐患，下面先从简单的铁磁谐振电路中对铁磁谐振原因进行分析。
电力系统中的铁磁谐振
浅谈电力系统中的铁磁谐振【摘要】本文主要论述了电力系统中的铁磁谐振产生的主要原因、发生谐振时的现象、危害以及消除谐振的办法【关键词】铁磁谐振；中性点不接地系统；电压互感器；电容；电感前言：2009年由于陡河发电厂#1、#2机组关停，6kv厂用系统发生了改变，#1机6kv系统完全退出，将公用设备转接到#2机6kv系统上（改名为：厂用公用6kv a段、公用6kv a段、）工作电源由#3机6kv b段（63b）提供，备用电源由启备变t0提供。
某月某日，运行人员操作启动#3循环泵时（厂用公用6kv a段负荷），电机接线盒处c相单相接地，保护动作跳开开关，同时造成公用段上级6kv 母线振荡。
某月某日，运行人员操作合中继#1线电源开关时（厂用公用6kv a段负荷），造成公用段上级6kv母线振荡，pt一次保险熔断。
下面针对我厂6kv母线谐振及处理方案进行简要分析：一、概述我厂6kv母线为中性点不接地系统，由于电磁式电压互感器（tv）激磁特性的非线性，当电压发生波动使系统中电抗接近容抗时，便产生谐振过电压。
特别是遇有激磁特性不好（易饱和）的tv及系统发生单相对地闪络或接地时，更容易引发谐振过电压。
轻者令到tv的熔断器熔断、匝间短路或爆炸；重者则发生避雷器爆炸、母线短路、厂用电失电等严重威胁电气设备运行安全的事故。
二、铁磁谐振的现象1、铁磁谐振的形式及特征1）基波谐振：一相对地电压降低，另两相对地电压升高超过线电压；或两相电压降低、一相电压升高超过线电压、有接地信号发出2）分次谐波：三相对地电压同时升高、低频变动3）高次谐波：三相对地电压同时升高超过线电压2、串联谐振的现象：线电压升高、表计摆动，电压互感器开口三角形电压超过100v三、铁磁谐振产生的原因及其分析：1、铁磁谐振产生的原因：1）有线路接地、断线、断路器非同期合闸等引起的系统冲击（合#3循环泵）2）切、合空母线或系统扰动激发谐振（合中继#1线）3）系统在某种特殊运行方式下，参数匹配，达到了谐振条件2、简单的铁磁谐振电路中谐振原因分析在简单的r、c 和铁铁芯电感l电路中，假设在正常运行条件下，其初始状态是感抗大于容抗，即ωl ＞ (1/ωc)，此时不具备线性谐振条件，回路保持稳定状态。
电力系统谐振
电力系统谐振原因及处理措施分析发布时间：2012-10-16 阅读次数：1883 次一、概述铁磁谐振是由铁心电感元件，如发电机、变压器、电压互感器、电抗器、消弧线圈等和和系统的电容元件，如输电线路、电容补偿器等形成共谐条件，激发持续的铁磁谐振，使系统产生谐振过电压。
电力系统的铁磁谐振可分二大类：一类是在66kV及以下中性点绝缘的电网中，由于对地容抗与电磁式电压互感器励磁感抗的不利组合，在系统电压大扰动(如遭雷击、单相接地故障消失过程以及开关操作等)作用下而激发产生的铁磁谐振现象；另一类是发生在220kV(或110kV)变电站空载母线上，当用220kV、110kV带断口均压电容的主开关或母联开关对带电磁式电压互感器的空母线充电过程中，或切除(含保护整组传动联跳)带有电磁式电压互感器的空母线时，操作暂态过程使连接在空母线上的电磁式电压互感器组中的一相、两相或三相激发产生的铁磁谐振现象，即串联谐振，简单地讲就是由高压断路器电容与母线电压互感器的电感耦合产生谐振由于谐振波仅局限于变电站空载母线范围内，也称其为变电站空母线谐振。
二、铁磁谐振的现象1、铁磁谐振的形式及象征1)基波谐振：一相对地电压降低，另两相对地电压升高超过线电压;或两相电压降低、一相电压升高超过线电压、有接地信号发出2)分次谐波：三相对地电压同时升高、低频变动3)高次谐波：三相对地电压同时升高超过线电压2、串联谐振的现象：线电压升高、表计摆动，电压互感器开口三角形电压超过100V三、铁磁谐振产生的原因及其分析：1、铁磁谐振产生的原因：1)、有线路接地、断线、断路器非同期合闸等引起的系统冲击2)、切、合空母线或系统扰动激发谐振3)、系统在某种特殊运行方式下，参数匹配，达到了谐振条件2、串联谐振产生的原因：进行刀闸操作时，断路器隔离开关与母线相连，引发断路器端口电容与母线上互感器耦合满足谐振条件3、电力系统铁磁谐振产生的原因分析电力系统是一个复杂的电力网络，在这个复杂的电力网络中，存在着很多电感及电容元件，尤其在不接地系统中，常常出现铁磁谐振现象，给设备的安全运行带来隐患，下面先从简单的铁磁谐振电路中对铁磁谐振原因进行分析。
电力系统谐振产生原理及消除措施分析
电力系统谐振产生原理及消除措施分析摘要：本文介绍了电力系统铁磁谐振产生的原理，分析了磁谐振的若干特点，我们指出将互感器高压侧中性点经高阻抗接地，并接一个电阻 R消耗能量限制谐振，将电源变压器中性点经过消弧线圈接地等电力系统谐振消除策略。
关键词：电力系统；谐振产生；原理；消除措施1前言众所周知，电力系统内部的网络结构是很复杂的，系统内有许多电感与电容等电子元器件，使用时间长，不断会产生过电压现象。
产生这过电压原因有好多方面，比如谐振过电压，使用过程中若操作不注意就会产生故障。
尤其到了雨雪等天气或者是雷雨季会导致电力系统出现过电压情况。
据统计，电力系统谐振过电压发生的概率较大，这类问题会影响电气设备与电网安全，还会提高维修成本，一不小心会影响着大面积的停电，极大地影响百姓的生活与工业企业的经营，极大地阻碍着电力系统的未来发展。
因此，电力系统中的谐振影响非常大，作为电力工作者我们要积极关注这一课题。
2 电力系统铁磁谐振产生的原理图1 铁磁谐振产生的原理示意图如上图所示，电源变压器中性点是不接地设置，要达到监视绝缘之目的，电压互感器设备的一次绕组中性点需要设计成直接接地。
我们把励磁电感计为：La、Lb、Lc，和它相关意义的电容C0则表示的是母线以及相导线引起的对地电容。
励磁电感跟前文所述的C0并联，会有导纳，我们标示为：Ea、Eb、EC。
一般条件下，励磁电感La=Lb=Lc，Ea=Eb=Ec，可以计算出三相对地负载为平衡状态，变压器中性点电位是0。
如果电网内有冲击的波动发生，比如电源合闸到空母线时，影响着互感器一相、两相形成了一定的涌流情况，要么是线路瞬间单相弧光接地，或者是熄弧发生了，则健全相，或者说是故障相的电压就会一下子升高起来，这样的情况也会出现特别大的涌流，会导致这相互感器磁路的饱和，这样会影响励磁电感L 的减小，时间过去了，会影响三相对地负荷的平衡状态，导致中性点有位移电压出现。
经研究，我们可以发现：为母线电容三相励磁电感和发生并联形成的导纳；为三相电源电压；为中性点位移（对地）电压。
变电站6kV系统铁磁谐振分析
变电站6kV系统铁磁谐振分析摘要：变电站在运行过程中经常发生铁磁谐振，往往会造成严重后果，轻则引起PT保险熔断，重则发生PT烧毁、绝缘闪络、避雷器爆炸等事故。
我们通过测试中原油田采油厂变电站6kV系统的电容电流及电压互感器伏安特性，计算其基频容抗与感抗的比值，阻抗比落在1/2分频谐振区域，分析出电压互感器高压保险熔断的原因为系统发生了铁磁谐振，提出了消弧线圈投入运行及更换不易饱和电压互感器等改进措施。
达到了变电站PT平稳运行的结果，确保了全厂供电的安全性和可靠性关键词：6kV系统铁磁谐振分析前言电力系统中经常发生铁磁谐振过电压，谐振是一种稳态现象，电网中的电感、电容元件在系统进行操作或发生故障时可形成各种振荡回路，在一定的能源作用下，会产生谐振现象，导致系统某些元件出现严重的过电压，而且谐振过电压还可能在过渡过程结束以后较长时间内稳定存在，直到发生新的操作、谐振条件受到破坏为止。
谐振过电压的持续时间要比操作过电压长得多，这种过电压一旦发生，往往会造成严重后果，轻则引起PT保险熔断，重则发生PT烧毁、绝缘闪络、避雷器爆炸等事故。
采油二厂变电站的运行经验表明，谐振过电压可以在各种电压等级的网络中产生，尤其是在35kV及以下的电网中，由谐振造成的事故较多，已成为中原油田采油厂变电站急需解决的问题。
1 铁磁谐振产生的原因在中性点不接地系统中，为了监视三相对地电压，变电站母线上常接有Y0接线的电磁式电压互感器。
于是网络对地参数除了电力设备和导线的对地电容C0外，还有电压互感器的励磁电感L，正常运行时，电压互感器的励磁阻抗是很大的，所以网络对地阻抗仍呈容性，三相基本平衡，电网中性点0的位移电压甚小。
但当系统中出现某些扰动，使电压互感器三相电感饱和程度不同时，电网中性点就有较高的位移电压，可能激发起谐振过电压。
常见的使电压互感器产生严重饱和的情况有：电压互感器的突然合闸，使其某一相或两相绕组内产生巨大的涌流；由于雷击或其他原因，线路瞬间单相弧光接地，使健全相电压突然升高至线电压，而故障相在接地消失时又可能有电压的突然上升，这些暂态过程中也会有很大的涌流；传递过电压，如高压绕组侧发生单相接地或不同期合闸，低压侧有传递过电压使电压互感器铁芯饱和等等。
铁磁谐振——精选推荐
主要目的是防止6KV系统的铁磁谐振1、谐振的电磁机理：母线系统发生铁磁谐振分并联谐振和串联谐振。
所谓并联铁磁谐振是指中性点不接地或小接地系统中，母线系统的对地电容3CE与母线电磁电压互感器PT（一次中性点接地）的非线性电感L组成的谐振回路，如图1（a）所示；所谓串联铁磁谐振是指大电流接地系统中，断路器断口均压电容C与母线电磁电压互感器PT的非线性电感L组成的谐振回路（待我厂网控SF6开关更换后，由于所有发电机出口、母联、分段、线路开关断口不存在并联电容，不会出现串联谐振）2、铁磁谐振与接地事故现象的异同点。
6KV母线互感器的一组二次侧绕组接成开口三角的形式，当母线发生单相接地时，6KV系统的零序电压（即中性点位移电压）就按变比关系感应至开口三角绕组的两端，使信号装置发出接地指示。
显然在发生上述铁磁谐振现象时，位移电压UN同样会反映至开口三角绕组的两端，从而发出假的接地信号，造成值班人员的误判断，但系统中实际并未出现接地故障点。
此时三相对地电压的变化与接地故障时的现象也截然不同。
3、磁谐振的后果。
谐振产生时，系统将出现过电压，并将绝缘薄弱处击穿；避雷器放炮；6KV母线电压互感器过电流烧损或一次保险熔断，从而导致低电压保护误动，厂用电源中断，导致停电、停机事故的发生。
4、铁磁谐振产生的原因：1）不接地系统的中性点位移电压，由于6KV母线中性点（23B及20B乙低压侧绕组为角形接线）不接地，将产生中性点位移电压ÚN。
ÚN的大小与铁磁谐振回路三相对地阻抗－PT非线性电感L、系统对地电容CE是否平衡有关，可按节点电压法求得、5、止铁磁谐振过电压的措施：为防止出现铁磁谐振过电压，应从设备、技术及操作上采取综合措施。
这些措施实施的目的，在于避免形成铁磁谐振的条件。
一般从以下几个方面考虑：①选择合理的运行方式及操作方式；②改变XL、XC的比值，躲开谐振区；③选择特性优良的PT；④保证断路器三相同期动作等等。
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电容为 )
: $ ! $ $ 9基频谐振状态
)为 L%% 9 ,%% CM时 系 统进 入 基 频 谐 振 状 态 相平面图见图 # 谐振曲线为封闭轨线此时 8 B < C=54 D 指数谱 % %$ %%: N %$ %"# " 此时 " E # EI , EI 电路有周期解其频率与系统电源频率相同
" 9引言
在中性点不接地的配电网中 为了监视三相对地 电压变电站和发电机的母线上都接有电磁式电压互 * 其一次绕组接成星形 中性点直接接地 感器 ) 这样电网对地参数除了电力设备和导线的对地电容 外还有 ) *对地励磁电感共同构成了振荡回路 正 常运行时 ) * 的 励 磁 感 抗 很 大 网 络 对 地 阻 抗 呈 容 性三相基本平衡中性点的位移电压很小 系统不会 发生谐振 但在某些情况下 如单相接地故障消失和 重合闸操作不当时 产生暂态冲击的过程会使 ) *的 三相励磁电 感 迅 速 饱 和 且 各 相 的 饱 和 程 度 差 别 很 大致使三相对地阻抗明显不平衡 电网中性点出现 较高的位移电压从而出现过电压使 ) *和三相对地 电容构成的振荡回路产生 ) *谐振 铁磁谐振 ) * 谐振是配电网中出现最为频繁和造成事故最多的一 种内因过电压现象 它不仅会造成系统过电压 而且 会造成 ) *过电流 过热冒油 爆炸 母线短路 ) *保 险熔断等事故严重影响配电网的安全运行 " 本文 针对铁磁谐振的发生机理及其分类进行了概述 并对 当前研究铁磁谐振的各种方法和消谐措施做了总结
$ . $ / 0 1 0 2 3 4 5 曲线 图 "!! 是线路零序容抗! 是) *额定线电压下的感抗 6 4 8 0 / 0 1 0 2 3 4 5 由试验得出谐振区域与阻抗比 ! ! 有直接 6 47 8 0 关系 对 于 " 7 # 分 频 谐 振 区 域 阻 抗 比 ! ! 6 47 8 0约 为 %$ %" 9 %$ %: 基频谐振区域 ! ! 约为 %$ %: 9 %$ : 6 47 8 0 高频谐振区域! ! 约为 %$ '9 ,$ % 当改变电网零 6 47 8 0 ! 随之改变 回路可能会由一种谐振 序电容时 ! 6 47 8 0 状态转变为另一种谐振状态 如果零序电容过大或 过小就可以脱离谐振区域谐振不会发生
# $
, 阶 系 统 中 将 , 个 8 B < C=54 D指 数 从 大 到 小 排 列即规定 的谱为 " # , 下式为该系统不同
图 (!混沌状态相平面图
'( !
电!力!设!备
的过电流 '
第 : 卷 第 "# 期
; 9消谐措施
; " $ 9微机消谐装置
微机消谐装置也称二次消谐器 被安装在 ) *的 开口三角绕组上 正常运行或者发生单相接地故障 时装置不动作 而一旦判断电网发生铁磁谐振时 便 会使正反并联在开口三角两端的 # 只晶闸管交替过 零触发导通以限制和阻尼铁磁谐振 当谐振消除后晶 闸管自行截止必要时可以重复动作 装置启动消谐 期间晶闸管全导通呈低阻态 电阻为几 G 至几十 G 该阻值非常小足以产生阻尼高频基频及分频 , 种谐振效果 而且对整个电网有效 即一个系统中只 需选择 " 台互感器安装消谐装置即可 微机消谐装 置的主要缺点是难以正确区分基波谐振和单相接地
: 9铁磁谐振的非线性动力学分析
: " $ 9相空间及相平面
相空间是一种抽象的数学空间 时域内动力系统 特性可由系统状态变量确定的相点在相空间中的运 动状态表示 若相点由 # 个系统状态变量确定 则该 相点将在二维空间即相平面中运动 在铁磁谐振电路中 任意时刻的电路状态可用此 时互感器电压变量和铁心磁通变量确定的相点在相平 面中的运动轨线表示 随着时间的推移在相空间中 相点由初始点开始沿确定轨线运动 若相点运动轨线 是封闭曲线则该动力系统具有周期解 对于动力系 统的混沌解其相空间中的轨线将永远不会封闭 (
例如选 取 系 统 额 定 电 压 有 效 值 为 电 压 基 准 值 & ""% 7 ,E ',$ &" K* 选取电压互感器额定容量为 > E 槡 . 则阻抗基准值为 ( 容量 基 准 值 ' > E,%% * > E
# & '> E ",$ (( + 系统母线及其他设备的等值对地 > 7
如 "N:N 年以来石家庄供电公司共发生 "" 次铁磁 谐振 多数是空倒母线 第一次事故发生时""% K* 导线段母线上的所有金属不接地部分出现严重的 电晕放电及绝缘子放电 响声巨大 段母线正常 结 *烧毁 自从 "NN& 年以后电 果导致段母线 .相 ) 网) *采用 () *法增加了一个 ) * 从而使谐振发生 *法是一种预防谐振 的几率大大降低 由此可见() 的有效措施
; " ! 9一次消谐阻尼器
一次消谐阻尼器 如 8 O P型阻尼器 实际上是将 一个非线性消谐电阻 -串接于电压互感器一次侧的 中性点与地之间系统正常运行时 -呈高阻值 可达 几百 K 阻尼作用大 使谐振在最初不易发生 当 发生谐振时 -也可以在很短的时间内消除谐振 但 是一次消谐装置也存在以下缺点只能消除本 ) *谐 振需要选用较大热容量的消谐电阻防止烧毁
$ 9铁磁谐振分析
$ " $ 9# $ % $ & ' ()谐振分布原理
多年来国内外许多专家学者对铁磁谐振现象做 了大量的理论研究和实验分析 特别是 $ . $ / 0 1 0 2 3 4 5 的研究揭示了铁磁谐振的内在规律 $ . $ / 0 1 0 2 3 4 5 等人通过模拟试验 对 铁磁谐 振 进 行了全面的研究得出谐振随着对地电容和电压互感 器起始励磁电感的增大 依次会发生高频 基频和分 频谐振谐振曲线如图 " 所示 由图 " 可见 铁心电 感的伏安特性愈好 铁心越不易饱和 谐振区域愈向 ! 愈大 其中 右移也即谐振所需要 的 阻 抗 参 数 ! 6 47 8 0
图 ,!分频谐振相平面图
: $ ! $ : 9混沌谐振状态
当 )E N% CM时 系统电路将发生混沌谐振 这 样的系统参数在实际运行中一般不会出现 但从理论 上对混沌谐振状态的分析有助于其他系统中对混沌 谐振的鉴别和防治 相平面将为不封闭的轨线 如图 ( 所示 此时 8 B < C=54 D 指数谱 %, %,' ' % " * # * %, %,L L 这表明此时电路的解为混沌解 , *+
< 9结论
铁磁谐振的发生和类型同线路 ) *感抗以及线路 对地电容大小存在密切联系 当今分析铁磁谐振的 方法很多利用小波以及非线性动力学可以比较透彻 地揭示铁磁谐振的发生机理 铁磁谐振的消谐措施 主要有微机消谐 一次侧加电阻消谐() *法消谐等 综合比较() *法是一种相对较好的方法
ห้องสมุดไป่ตู้
! 9利用小波分析铁磁谐振
近年来随着小波理论的研究深入 采用小波变换
经验交流
分析铁磁谐振也是一个新的研究方向
孙增杰等电力系统铁磁谐振分析综述
类型解对应的 8 B < C=54 D 指数谱特性 平衡点 I I I " # , E 周期解 混沌解 % I I " # , E J % I " # , E 拟周期解 % % I " # , E
! " " #年 $ !月 !期 第 %卷 第 $
电!力!设!备 !
& ' ( )* + , )' & . / , 0 1 ( 2 *
3 ( )4 ! " " # 5 6 ' 7 %8 6 7 $ !
!"#$%&'()*+,
孙增杰" 王铁强" 王海棠#
"$河北省电力公司河北省 石家庄市 %&%%#" #$ 燕山大学电气工程学院河北省 秦皇岛市 %''%%( 摘!要 铁磁谐振是配电网运行中的一种常见现象多发生在中性点不直接接地的配电网中 谐振导致的过电压和过 * 过热烧毁影响线路的正常运行 文章针对铁磁谐振的发生机理及其分类进行了概述 电流往往会使电压互感器 ) 并对当前研究铁磁谐振的各种方法和消谐措施做了总结 关键词 铁磁谐振小波相空间消谐措施 中图分类号) + ,""
&
= 9参考文献
" !重庆大学南京工学院$ 高电压技术 + $ 重庆 重庆大学出版 社"N:,$ # !周铁军 王田蓉$ 供电系统中电压互 感器铁 磁谐振 现象分 析 Q $ 煤矿机电$ #%%& ( L& 9 L'$ , !杨秋霞宗伟田璧元$ 基于小波分析的铁磁谐振检测 Q $ 电 网技术$ #%%' "" &' 9 &: '#$ ( !张博鲁铁成杜晓磊$ 中性点接地系统铁磁谐振非线性动力学 分析 Q $ 高电压技术#%%L " ,' 9 (%$ & !郑鹏鹏$ 配电网综合消谐措施的探讨 Q $ 电力设备#%%& , &L 9 &N$ ' !王亮施围$ 沙玉洲 等$ 采用 () *法的配电网中铁磁谐振的研 $ 高电压技术#%%& "% ": 9 #%$ 究 Q
: " ! 9* +,. ) (/ 指数
非线性动力学中8 B < C=54 D 指数描述相空间轨迹 上 # 个非常接近的点沿各自轨迹运动一段时间后的 分开程度 由 8 B < C=54 D 指数可判断动力系统解的性 阶系统 8 B < C=54 D 指数定义为 质 " F @ G " 7 # F 5H % # 7 % % H "E " "