电磁式电压互感器铁磁谐振的原理及其消除措施

电磁式电压互感器铁磁谐振的原理及其消除措施

白瑞雪,高红杰,李亚峰

（西安供电局，陕西西安，710032）

摘要：电磁式电压互感器的铁磁谐振是非有效接地系统中常见的一种现象。HAROLD A.

PETERSON建立了铁磁谐振的经典研究模型。本文阐述了谐振产生的机理，应用PETERSON

铁磁谐振经典模型对电压互感器的各种防铁磁谐振措施的原理和其优缺点进行了分析，并对

指出在设计中应注意的问题。

关键词铁磁谐振；消谐措施；消谐器；设计；

Principle of Electromagnetism Type V oltage Transformer’s Ferro-resonance and Various

Treatments to Eliminate Ferro-resonance

BAI Ruixue, GAO Hongjie, LI Yafeng

(Xi’an Power supply Bureau, Xi’an 710032, China)

Abstract:E lectromagnetism Type V oltage Transformer’s ferro-resonance is common in non-effective earthing system. HAROLD A. PETERSON builds the classic model for researching ferro-resonance. This paper discusses the mechanism of resonance, and by using HAROLD’ model, analyses the merit and the fault of the various treatments of eliminating ferro-resonance, points out the key factors in design of eliminating ferro-resonance.

Key words: Ferro-resonance; Treatments to eliminate ferro-resonance；Resonance eliminator; Design

0引言

在电力系统中引起电网过电压的原因很多，其中谐振过电压出现频繁，其危害性较大。过电压一旦发生，往往会造成电气设备的损坏甚至发生停电事故。尤其是在非有效接地系统中，由于电磁式电压互感器(下面简称TV)为非线性的电感元件，它与线路（母线）的对地电容会形成谐振回路，并在系统接地、开关合闸等激发条件下出现铁磁谐振，使得TV受到过电压和过电流的冲击。为防止铁磁谐振，常采取一些消谐措施。由于铁磁谐振现象的复杂性，各种措施均有其局限性。因此，有必要从系统发生谐振的原理出发，分析防止谐振的各

种措施，明确其各自的适用范围和优缺点，减少在使用中的盲目性，对不同的情况采取有针对性的防谐振措施。

1铁磁谐振过电压产生机理

正常时TV的励磁阻抗很大，网络对地阻抗呈容性，三相基本平衡，中性点O的位移电压很小，但在某些扰动下，如:①单相接地的发生和消失;②TV的投入；③系统运行方式的改变，或电气设备的投切；④系统负荷发生较大的波动；⑤电网频率发生波动；这些系统的干扰都会使TV中暂态励磁电流急剧增大，电感值下降，于是三相电感值有所不同，使O点出现零序电压。设L0为TV三相并联的零值电抗，而当L0与3C0回路达到固定振荡频率ω0时，将会在系统中产生谐振现象。随着系统对地的电容3C0的增大，依次发生高次(2、3次)、基波、1/2次分频谐振。谐振一旦形成，谐振状态可能“自保持”，维持很长时间不衰减直到遇到新的干扰改变了谐振的条件才可能消除。

Peterson对铁磁谐振的研究得出了铁芯电感的经典伏安特性曲线（见图1(a)）和相应的基波、分次谐波或高频谐波谐振过电压区域（见图1(b)）。对于典型的铁芯电感，当外施电压U/3Uϕ和X C0/X Le的相应座标处于Peterson 经典曲线(图1(b))包络线内时极易谐振,在包络线以外时就不会产生谐振[ 1 ]。Peterson 经典曲线表明:

(1)不同X C0/X L e值下, 产生不同的频率谐振区。X C0/X Le= 0.01～0.07 时, 为分频谐振; X

C0/X Le= 0.07～0.55 时,为基频谐振区; X C0/X Le = 0.45～2.8 时, 为高频谐振区。(2)不同频率谐振区的最低临界电压不同,不同X C0/X Le值下临界动作电压值不同。分频谐振

区要求的外施电压最低, 高频谐振区最高。在正常额定电压Uϕ下, 即U/3Uϕ=0.55 时已落在分频谐振区内, 系统稍有波动就可激发。在实际运行条件下, 只要满足一定的参数范围, 工频谐振和分谐波现象最易发生。

图 1 励磁电感的伏安特性曲线和共振区域

图2 (a) 为电磁式互感器的谐振回路图。谐振发生时, 互感器的一相、二相或三相绕组相电压同时升高, 即各相对地的电压发生变动, 而电源电势E1、E2、E3由电网的正序电势所决定维持恒定不变, 因此对地电压的变动表现为电源的中性点“0”发生位移, 故这种过电压现象又称电网中性点的位移现象。中性点的位移电压即为电网的对地零序电压, 它被反映至互感器的开口三角绕组上。图2 (b) 为谐振回路的等效电路图。3C0 中的正序电流不参与震荡过程, 互感器中的零序电流流过流3C0回路, 其零序压降与将3C0移接至电源的中性点是等效的。

高频谐振时,过电压可高达5 U ,但因其激发电压较高，实际中不易产生。对于分频谐振,绝大多数是2分频, 因其频率等于工频的一半, 励磁电抗相应降低一半, 激磁电流急剧上升, 有时高达额定励磁电流的百倍以上。TV的严重磁饱和，大电流的时间持续过长, 会使

保护TV的熔丝熔断或者造成互感器本身绕组的烧毁事故。