铁磁谐振的基本原理

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： L 1 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，但有时会激发铁磁 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；
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。
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； • 某一相电压数值降低，但不为零；
回路电阻（损耗）的影响：
∆U
R2 > R1
E
m
R2
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；
• 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？
• 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。
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；
生变化
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；
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：
E a1
a2
a3
P
UC UL ∆U
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。
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。
三相对称电源接有空载变压器
l xl
•
EA
•
EC
C
' 0
•
EB
C0"
C0
C
" 12
C
" 12
C0
L
L L
等值电路
A
C
' 0
C0"
•
1.5 E A
2C 0
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；
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。
• 在不利的参数配合下，出现线性串联 谐振或铁磁谐振状态。
• 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：
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Fra Baidu bibliotek，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