防谐振电压互感器原理说明

关于“4PT”防谐振措施的说明

1 概述

在35kV及以下电网中性点不接地系统中，作绝缘监视的电磁式电压互感器由于铁磁谐振导致破坏是一种普遍现象。长期以来，电力系统为防止这种破坏研究并采取了很多措施，并在电力行业标准中（例如：DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》) 作了一些推荐性的规定。上世纪80年代末期以来，大连电业局采用了在电压互感器高压侧中点经一个互感器接地的接线方式，消谐效果较为满意，后来很多地方也相继采用，此称“4PT”防谐措施。该措施目前已经成为一种较为通行的方法，但也在不断完善。以下就消谐原理和效果作简要说明。

2 “4PT”接线图

“4PT”接线（基本的原理电路）如图1。

图1中A′N′,B′N′,C′N′是三个单相电压互感器，应是全绝缘但按相压设计的接地电压互感器，本身有一个二次绕组（未画出）和一个剩余电压绕组，N接地为一个独立的单相电压互感器，该互感器可以是全绝缘结构，也可以是半绝缘结构，一般有两个线圈，一个是二次绕组，一个是剩余电压绕组，剩余

电压绕组有的是和普通的，即和接成星形的主PT一样，但原理上其额定电压应为100V。

3 消谐机理

“4PT”接线的防谐机理，简单的从稳态分析，即当单相接地时，互感器中点对地有相电压产生，而主PT仍处于正序对称电压之下，互感器电感并不发生改变，在零序回路中仅有单相电压互感器一种磁化电感，从根本上破坏了铁磁谐振的条件。

3.1 稳态分析

如图1，当系统在C相“D”点发生对地短路（死接地），主电压互感器电压不变，中点对地产生相电压，简单推导如下：

在NCD╧N回路里，因∑U=0，可得

U N╧=-U C（U C——为电源相电压，即U CN）

在NBB′Ｎ′╧N回路里，因∑U=0，得

U N╧=U N╧ =-U C

这就是说，单相接地，互感器中点对地有相电压产生。

在DC′N′╧D回路里，因∑U=0，可得

U C′N′ =-U N′╧=U C……⑴

即接地相电压互感器仍为相电

压，与U AN′和U BN′仍组成三相对称

电压系统。这时，A′，B′对地电压

为

U A′╧=U A′N′+U N′╧……⑵

U B′╧=U B′N′+U N′╧……⑶

据（1）和（2），（3）式相量

图如图2，二次电压与一次相对应，

图1中，电压表U a,U b,U c反应的是每相电压与中点对地电压的相量和，可以看出，接地相的电压表理论应为0，即反应了接地相别。

单相接地后中点对地的电压互感器（也称为零序电压互感器）有相电压加在一次绕组上，其剩余电压绕组的电压输出，驱动继电器动作而报警。

零序电压互感器的剩余电压绕组，其额定电压是100V时，则电压继电器的整定值按常规确定，如果是100/3V时，则电压继电器整定值应作相应调整。

主PT的剩余电压线圈接成闭合三角形，在稳态下三相电压对称，开口角回路无电压，可以将其短接，同时，闭合三角形可以消除零序磁通（包括三次谐波）导致正常运行时的三相电压不平衡和继电器回路电压超标的现象。

3.2 暂态分析

当系统接地消逝后，健全相积累的

电荷必须经电压互感器(其中点接地）

对地放电，使电压恢复到正常的电压

下，这个暂态过程所产生的电流比正常

电流大很多倍，使互感器铁心饱和，如

果系统电容与电感参数合适就发生谐

振，如果系统电容很大，不发生谐振，

但这时的过电流可使高压熔断器熔断。

这种放电电流频率很低，幅值大，我们

称为超低频振荡电流，这种电流的危害

目前在系统中也是很普遍的（系统电容

比以往大）。其暂态过程的等值电路如

图3所示。

如图C0是系统线路每相对地电容，R1，L1分别为主PT的电阻和电感（饱和时），R0，L0是零序互感器的电阻和电感，U C′是电弧熄灭瞬间的电压。

当没有接入R0，L0时，即电压互感器中点直接接地，该放电电流是一个自由振荡电流，其振荡电流分量i″可求得

这个电流，某些高校通过对实际线路参数及互感器参数进行仿真计算，其结果是：频率（ω1）只有几赫兹，幅值可达528倍额定励磁电流值，最大峰值达0.3~1.35A，这很快使高压熔断丝熔断，时间较长时会危及绕组绝缘。如果接连消逝时，电弧不能熄灭而出现重燃后，这个电流更大。显然，当中点经互感器接地后，由于互感器的电阻和高电抗，使电流得到有效的抑制。仿真计算和动模试验，及电网试验（大一互试验结果）的结果都证明。“4PT”接线对抑制这种超低频振荡电流是很有效的措施。

4 “4PT”方式在国外的应用

俄罗斯已将这种接线方式作为过电压保护的一种必需措施写进过电压保护手册中。参见《6~1150kV电网雷电和内过电压保护手册》圣彼得堡ПЗИПК出版社1999。该手册中提出“避免绝缘监测电压互感器故障的根本措施是采用抗谐振电压互感器（HAMИ-6~35）”。

HAMИ型抗谐振电压互感器的原理电

路如图4。

该手册说“在运行的电网中对HAMИ

互感器的全部抗谐振特性进行了实验性检

验”，并且说”HAMИ抗谐振电压互感器

与任何长度的空载母线和线路的电容谐振，

不限制时间地承受电网任意种类的单相短

路，其中包括经过断续电弧的短路，以及装

在其他变压器（电力变压器或电压互感器）

的电网电容铁磁谐振引起的电压升高”。

5 改进方案

大连第一互感器有限责任公司和零序科技有限公司，对此前所采用的“4PT”消谐方案进行了优化设计和试验验证，并已获得专利权。

优化改进的方案是：a.接线方式改进，即将主PT的开口角回路与零序PT 的一个补偿绕组串联后接电压继电器，如图5所示。b.零序电压互感器区别于主PT的参数设计，增大了直流电阻与交流励磁阻抗。

优化改进方案的优点：避免主PT在开口角回路短接，因电容放电电流使开口角绕组热容量不够而烧坏的隐患，测量零序电压准确，消除主PT采用开