电力系统产生铁磁谐振过电压的原因及消除方法

电力系统产生铁磁谐振过电压的原因及消除方法
目前，我国的经济发展十分迅速，在电力系统中容易出现铁磁谐振过电压事故，严重威胁着人们的生命财产安全，需要引起高度的重视，有针对性采取解决措施，避免出现铁磁谐振过电压现象。

本文将简述铁磁谐振的危害性，并分析了其产生的原因与条件，最后提出了具体可行的预防对策。

标签：电力系统；铁磁谐振；消除方法
引言
电力系统内设置有众多的储能元件，在系统操作与出现故障以后，变压器、互感器等含铁芯元件的非线性电感元件和系统内电容串联将造成铁磁谐振现象，将严重威胁着电力系统运行的安全性与稳定性。

在出现铁磁谐振过电压以后，会让电压互感器一次熔丝熔断，并将电压互感器烧毁，严重时还会炸毁瓷绝缘子和避雷器，从而以引起系统停运。

且受到电源的作用，还会引起串联谐振的情况，让系统内发生严重的谐振过电压。

对此我们需要引起高度重视，消除铁磁谐振过电压势在必行。

1 电压互感器发生铁磁谐振的机理
谐振是交流电路当中独有的一种现象，通常情况下，交流电路当中出现了电感以及电容的串联现象，会出现感抗等于容抗，从而造成谐振。

一般来说，电力系统当中，受到电容、电感等元件故障影响或者误操作时，就会产生以谐振为代表的震荡回路。

谐振所具有的串谐特征，还会对某些系统元件产生不可逆的破坏性影响，其中电压互感器在谐振影响下的表现十分明显，这是由于电压互感器作为铁芯元件，而铁芯在参与到回路当中所形成的饱和电路会表现为非线性的电感参数，从而造成其严重破坏。

就目前的电力系统谐振问题影响特征来看，谐振问题一般可以依据电网结构分为并联谐振以及串联谐振两种谐振类型，前者表现在小接地单流系统内部，并联状态下的铁磁谐振会使得电容互感器与电压互感器在一次中性接地点的非线性电感之上，构成谐振回路；而后者则是在大接地电流系统当中产生。

电磁式电压互感器会通过非线性电感与断路器断口的电容共同构成谐振回路。

而在众多谐振回路当中，铁磁电压谐振出现最为频繁，同时影响力也最大。

笔者将产生原因总结为接地线路当中的系统冲击、空载线路扰动、断路器三相不同期以及高压保险熔断等几个方面。

由于铁磁谐振会对电网的正常运行产生损害，因此完善电压互感器铁磁谐振解决方案的制定，具有十足的必要性。

通常情况下，与感抗相比，若电网容抗的数值较大，轻易不会产生铁磁谐振现象。

若受开关突然合闸或者弧光接地的影响，则会对电网稳定运行造成冲击，使得感抗降低，产生谐振。

2 铁磁谐振过电压可能产生的危害
铁磁谐振过电压很容易导致设备损坏，在损坏前，各种实验数据都是正常的，
并不会让运行人员发现有所异常。

在电气设备收到损坏后，暂态耦合励磁电流突然增大将导致线圈烧毁，在发生谐振过电压时，电力系统电压可能会出线大小幅值不等的上下波动，相应的表计也会有所显示，当谐振过电压使设备短路时，短路点电压为零但短路电流很大，进而也会导致短路事故的发生。

同时也会因有铁芯的设备迅速饱和，从而导致励磁电流迅速增大，导致电压互感器的绕组烧毁，喷油甚至爆炸，熔断器熔断。

另外，在一定情况下，谐振过电压最大能达到相电压的3倍，会使相关电气设备绝缘被击穿，进而导致这些电气设备损毁，也会引起有污秽的设备瓷群表面发生闪络和爆炸，进而危及现场人员的人身安全。

电力系统中可能并没有接地点的时候发生谐振过电压会造成电压一相降低，两相升高的虚假接地现象，这样容易给运行人员造成错觉，很容易误判，严重时也会造成大范围停电和母线低电压保护误动。

此铁磁谐振过电压还可能通过电气设备的接地引下线进入接地网，从而使接地电压升高，进而危及现场运行操作人员的人身安全。

3 铁磁谐振过电压的预防对策
3.1避免断线过电压措施
为避免出现断线过电压，可以采取以下措施：一是确保断路器三相同期动作，防止出现拒动，不能选择熔断器设备。

二是做好线路巡视与检修工作，防止出现断线。

三是若是断路器操作后出现异常情况，要尽快复原与检查。

四是如果电网中性点直接接地，操作过程中要把负载变压器中性点临时接地，这时已经固定了负载变压器的合闸相绕组电压，对于未合闸相而言，主要利用三角形低压绕组将一个恒定电压感应出来，从而对谐振回路造成破坏。

五是如果有必要，需要将棒间隙装设在变压器中性点上。

3.2电力系统操作规范化
规范化的操作也是避免谐振问题影响扩大的重要举措，笔者通过前文的产生原因分析，总结出电压互感器铁磁谐振的出现除了有电力系统自身装置的问题之外，也包括部分人为因素的影响。

因此在进行谐振控制策略的研究时，笔者也提出了基于操作规范化的控制要求。

具体来说，操作人员应当注重电路断路器端口、电气元件之间的关系。

首先，电容器内部的回路刀闸由于其带断口，因此操作人员不可以对其进行电压互感器母线合闸；其次，该类型的电容器，还不可以直接进行空载母线的切断。

在必须进行切断的场合中，操作人员必须首先拉开电压互感器设备，随后在进行母线的偷空。

此时，母线偷空可以直接实现对于TV的断开，并在切断作业最终完成后进行基于母线的送电。

操作人员在操作过程中还应当注意，母线电压需要在母线操作过程中时刻监视并进行信息获取。

一旦发生电压互感器的铁磁谐振，操作人员需要第一时间完成断路器合闸，切断一切回路电容。

同时投入其他线路，破坏谐振产生的环境条件，从而避免因谐振问题造成电力系统设备过电压，影响电力系统及操作人员的人身安全。

3.3设定高压侧接地方式
在电力系统内部，单相接地需要经过接地开始和接地消失两个过程，其中系统接地的开始需要经由与地面联通的方式，保证未完成接地的两相电源电路形成通道，而在接地完成之后，整个电力系统的充放电过程，电路无法通过电压互感器内部的高压绕组实现流通。

因此，这种接地方式就能够有效避免电压互感器的铁磁谐振问题。

笔者认为通过重新设定高压侧接地方式，可以引导中性点经电阻完成接地，从而实现对于谐振产生条件的抑制。

在接地消失之后，原有的金属通道将不复存在，电流的流通则无法借助原有的流通途径完成，此时电流会直接进入到电压互感器的高压绕组当中，受电的高压绕組内部，会依据三相储电电荷进行放电，此时高压绕组会作为直流源直接与电感线圈进行连接，并发生作用。

电压互感器铁芯则会出现深度饱和。

这种情况下，其所形成的接地相环境，等同于变压器空载下的突然合闸，并出现了暂态涌流的叠加。

为了对其加以处理，可以尝试在高压侧中性点位置安装RO电阻器，借助电阻器实现对于电压互感器产生的电压的分担，避免谐振的产生。

结语
在35千伏和10千伏电压等级的电网所产生的铁磁谐振很容易使铁芯电压互感器烧毁，从而引起大范围的停电事故，进而可能危及到场工作人员的人身安全。

通过改变电力系统相关参数，使谐振条件不成立以及消耗和吸收谐振能量来防止谐振的发生，可以非常有效地削弱甚至消除铁磁谐振，从而消除谐振对电网的不利影响，保证电力系统的可靠性。

通过对铁磁谐振过电压的分析，能够明白其产生的原因及过程，为今后的实际工作中提供了相当大的帮助。

参考文献
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