电压互感器铁磁谐振原因与对策概述.

3电压互感器引起铁磁谐振的发生原因分析 在中性点不接地系统中，为了监视对地绝缘，母线上常接有Y 接线的电磁式电压互感器，如图1所示，图中u0为电源电势， C为线路等设备的对地电容，L为电压互感器激磁电感，R0为 中性点串联消谐电阻。
在正常运行状态下电压互感器励磁感抗很大，其数值范围在 兆殴级以上且各相对称。C数值视线路长短而定，线路愈长容 抗愈小，即以1 km线路而言，其每相对地电容约0.004μF ， 故其容抗小于1 MΩ，所以整个网络对地仍呈容性且基本对称， 电网中性点的位移电压很小,接近地电位。但电压互感器的励 磁电感随通过的电流大小而变化，其U-I特性如图2所示。
电压互感器铁磁谐振原因与对策
电力系统中存在着许多储能元件，当系统进行操作或发生故障 时，变压器、互感器等含铁芯元件的非线性电感元件与系统中 电容串联可能引起铁磁谐振，对电力系统安全运行构成危害。 在中性点不接地的非直接接地系统中，铁磁式电压互感器引起 的铁磁谐振过电压是常见的，是造成事故较多的一种内部过电 压。这种过电压轻则使电压互感器一次熔丝熔断，重则烧毁电 压互感器，甚至炸毁瓷绝缘子及避雷器造成系统停运。在一定 的电源作用下会产生串联谐振现象，导致系统中出现严重的谐 振过电压。 1铁磁谐振发生机理分析 铁磁谐振是谐振过电压中最常见的，也是最难以预防的。铁磁 谐振又分为铁磁电压谐振（串联谐振）和铁磁电流谐振（并联 谐振），两种谐振以铁磁电压谐振较为常见。下面以铁磁电压 谐振为例，分析铁磁谐振发生的机理。
统计表明，电磁式互感器引起的铁磁谐振过电压是中性点不 接地系统中最常见且造成事故最多的一种内部过电压，严重 地影响供电安全，必须予以重视。在中性点直接接地的电网 中，电网中性点电位已被固定，但高压断路器断口均压电容 与电压互感器绕组电感形成的串联回路，在参数配合时，也 有可能出现谐振过电压。 2.4串联电容补偿线路中的铁磁谐振 串联补偿装臵是多个串、并联连接的三相电容器组，它串接 在输电线路的首端、中间或者末端，其目的是使容抗补偿线 路的正序感抗。在中、低压配电线路中，串补主要用来提高 线路末端电压。当串补线路末端接有空载或轻载变压器时， 其励磁电感很大，它与线路正序电感相加，并与串补电容组 成很低的自振角频率，在线路合闸或投入串补时将会产生分 频铁磁谐振，使得压降和电流波形发生畸变。在超高压线路 中，投入串补的目的是为了提高线路的传输能力。与中低压 配电线路一样，如在线路末端接有空载变压器，则会产生同 样的分频铁磁谐振。
由图2可见，曲线的起始一段接近直线，其电感相应地保持常 数。当激磁电流过大时，铁芯饱和，则L值随之大大降低。正 常运行时铁芯工作在直线范围，当系统中出现某些波动，如 电压互感器突然合闸的巨大涌流、线路瞬间单相弧光接地等， 使电压互感器发生三相不同程度的饱和，以至破坏了电网的 对称，电网中性点就出现较高的位移电压，造成工频谐振或 激发分频谐振。 4铁磁谐振的特点 对于铁磁谐振电路，在相同的电源电势作用下，回路可能不 只有一种稳定的工作状态。电路到底稳定在哪种工作状态， 要看外界冲击引起的过渡过程的情况。 TV的非线性铁磁特性是产生铁磁谐振的根本原因，但铁磁元 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。
在电源电压E一定的条件下，电路出现a、b、c三个平衡点， 其中b点是不稳定的。在b点时，回路中电流有任何微小扰 动，都会使其倾向a或c两个稳定点中的一个，故b点不成为 回路的实际工作点。回路工作在a点时，UL＞UC，整个 回路为感性，电感和电容上电压都不高，电流也不大，处 于非谐振状态。当工作在c点时，UC＞UL，回路呈容性， 电流增大，电容和电感都出现较高的过电压，此时回路处 于谐振状态。
图1（a）为最简单的电阻R、电容C和铁芯电感L的 串联电路。设在正常运行条件下初始感抗大于容抗。 图1（b）为电路中电压与电流的相量图。设电流是 正弦的，并以I〃为参考相量。U〃L和U〃C分别为L 和C上的电压。当略去铁损而把线圈的电感用等效 电感代替，其等效正弦电压相量即U〃L比I〃超前 90°。当铁芯线圈用等效的非线性电感表示时，其 伏安特性与铁磁物质的磁化曲线相似，如图1（c） UL(I)所示。电容上的电压UC=，与电流的关系为一 直线关系，如图1（c）UC(Iபைடு நூலகம்所示。为简单起见， 令R=0，则有 E〃=U〃L＋U〃C 由于U〃L和U〃C为反相，故上式可改写为 E=△U，△U=｜UL－UC｜
在I0点处，等效感抗ωL等于，这与线性谐振相仿，压降和 电流将趋于无穷大，但因电感非线性的特点，当I越过I0而 继续增大时，等效感抗进一步下降，使得ωL与自动错开， 最后到达新的稳定点c点，所以铁磁谐振过电压虽由电感的 非线性引起，但其幅值最终又受到非线性所限制，一般不超 过电源电压的三倍。 2几种常见的铁磁谐振 2.1断线谐振 所谓断线泛指导线断落、断路器非全相操作以及熔断器的一 相或二相熔断。断线的结果可能形成电感电容的串联谐振回 路，其中电感是指空载或轻负载变压器的励磁电感等，电容 是指导线的对地和相间电容，或电感线圈的对地杂散电容等。 在中性不接地的配电网络中，断线谐振出现的比较频繁，并 且造成各种后果，即：在绕组两端和导线对地间出电压；负 载变压器的相序反倾；中性点位移和虚幻接地；绕组铁芯发 出异常响声和导线出现电晕声。在严重情况下，甚至瓷瓶闪 络，避雷器爆炸和击毁电气设备。
2.2传递过电压 当高压线路中发生不对称接地或断路器的不同期操作时， 将会出现零序电压和零序电流分量，通过静电和电磁耦合， 能在近旁的低压平行线路中感应出瞬间的或持续性的传递 过电压；同样，变压器高压绕组侧的零序电压通过绕组间 的杂散电容传递至低压侧，危及后者的电气绝缘。如果低 压侧接有铁芯电感元件（消弧线圈、空载变压器或电压互 感器等），则有可能产生铁磁谐振过电压。 2.3电磁式电压互感器引起的铁磁谐振 在电力系统中，为了监测发、变电所母线对地电压，通常 在发电机或变电所母线上接有电压互感器，并且其一次绕 组接成星形，中性点直接接地。这样当进行某些操作时 （例如中性点绝缘系统非同期合闸，或接地故障消失之 后），电压互感器的激磁阻抗与系统的对地电容形成非线 性谐振回路，由于回路参数及外界激发条件的不同，可能 造成分频、工频或高频铁磁谐振过电压。