国网四平市城郊供电公司 吉林四平 136000
摘要：本文分析了电力系统铁磁谐振过电压的产生原理，产生原因，并提出了具体的防范措施
关键词：农村电网；铁磁谐振；防范措施
引言
电网运行中，正常时中性点不接地系统PT铁芯饱和易引起谐振过电压；中性点不接地方式发生单相故障可引起谐振过电压。运维人员操作或事故处理方法不当亦会产生谐振过电压。另外设备设计选型、参数不匹配也是谐振过电压产生原因。
一、电力系统铁磁谐振原理
电磁式电压互感器正常工作时，低压侧的负荷很小，接近空载，高压侧具有很高的励磁阻抗，在受到某些大的冲击或扰动干扰时，如中性点不接地系统非同期合闸，或者在接地故障消失之后，电磁式电压互感器因瞬间过电压而发生铁芯饱和，电压互感器电感的非线性效应使励磁电流的波形发生畸变，将工频电源能量转化为谐波能量，由此产生的谐波会成为引发谐振的谐波源，电压互感与导线对地电容或其它设备的杂散电容间形成了单相或三相谐振回路，并激发起谐波的铁磁谐振过电压。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。三相电网各相导线之间及各相对地之间，沿导线全长都分布有电容。当中性点不接地电网发生单相接地故障时，故障相的对地电容为零，另外两相的对地电压升高到1.732倍。相电压升高若未超过安全电压设计的绝缘强度，但是会导致其对地电容的增加，单相接地时电容电流为正常运行时一相对地电容电流的3倍。当该电容电流较大时，较易引起间歇电弧，对电网的电感和电容的震荡回路产生过电压，其值可达2.5到3 倍的相电压。电网电压越高，由其引起的过电压危险越大。
相关研究表明，电磁式电压互感器饱和引起铁磁谐振过电压的有如下几个必要条件：
（1）电源变压器中性点不接地，包括经消弧线圈接地时消弧线圈脱离运行的情况，电压互感器中性点接地，电压互感器伏安特性较差。
（2）电网参数和互感器参数的不利组合。
（3）有强烈的冲击扰动发生，如断路器合闸；雷击线路引起单相瞬间接地；持续性单相接地故障的切除以及来自另一高压绕组的传递过电压等。
2常见的铁磁谐振过电压现象
2.1运行开关操作引起的铁磁谐振
在中性点不接地系统中运行的接地电压互感器，其每相绕组和线路每相电容并联，形成并联谐振回路，在暂态激发的条件下，如开、合闸，倒闸操作引发电流、电压的冲击扰动，就有可能发生铁磁谐振。当PT发生谐振以后，铁芯里产生零序磁通，这个磁通在开口三角线圈里感应出零序电压，现行的PT铁芯截面积小，一般运行在励磁曲线的饱和点以下，一般在线电压下就饱和了，导致PT的感抗XL严重下降，这样就和线路或母线对地电容XC组成了谐振回路。
2.2不对称接地故障引起的铁磁谐振
在中性点不接地系统中，当发生单相接地故障时，电网电压、相位维持不变，故障相电压下降为近似零值，非故障相上升为额定电压近似值的1.732倍，当系统接地故障消除后，非接地相在过电压期间，由于线路电容的作用，已对线路充入电荷，这部分电荷在中性点不接地系统中，只能对电压互感器的高压绕组电感线圈放电，而流入大地，在这个电压瞬变过渡过程中，非接地相电压互感器一次绕组励磁电流突然出现数倍于额定电流的峰值电流，可将一次电压互感器保险熔断甚至烧毁PT。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆另外除三相电压互感器外，其余的主变、配变中性点均不接地，当系统发生一个周波重燃多次的弧光断续接地时，电压互感器成为系统对地放电的通道。其放电电流可达2A左右，是一般电压互感器一次额定电流200倍左右，这样重燃多次断续放电，可能造成电压互感器因剧烈发热而烧毁。
2.3串联谐振
串联谐振的现象：线电压升高、表计摆动，电压互感器开口三角形电压超过100V。输电线路中的导线断落、断路器非全相运行以及熔断器的一相或两相熔断也可能使系统中的电感、电容元件形成串联谐振回路，其中电感一般是指空载或轻负载变压器的励磁电感等，电容一般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。因此，在中性点不接地的系统网络中，断线谐振出现的频率非常高，并且会造成各种严重后果。而且由于铁芯的磁饱和引起电流、电压波形的畸变，即产生了谐波，使谐振回路还会对谐波产生谐振。
3消除铁磁谐振的措施
为了限制和消除这种零序性质的谐振过电压，采用下列措施将取得显著效果。但根据某高校仿真研究结果，任何措施都有一定局限性，不是绝对可靠的，采用时应予以注意。
3.1在剩余电压绕组开口三角端子并接一个电阻R或加装专用消谐器。
在电网正常运行时，开口三角绕组端口基本无电压，如果在端口上接入电阻R，R不消耗能量，当系统因单相接地故障而发生中性点偏移时，开口三角绕组端口出现电压，R消耗能量，而且R值越小，消耗能量越多，限制谐振的作用越明显。如果R=0，即开口三角绕组被短接，相当于电压互感器T型等值电路的二次侧短路。
3.2将互感器高压侧中性点经高阻抗（零序互感器或可变电阻）接地。
在三相电压互感器高压侧中性点串入1台单相电压互感器的高压线圈，而其低压线圈则串入三相电压互感器低压侧的中性点接地回路中。正常运行时，三相电压互感器的中性点电位接近0，单相电压互感器中没有电流流过。当系统内出现一相接地时，两正常相的对地电压升高1.732倍。但由于三相电压互感器的中性点对地之间串联了1台单相电压互感器的高压线圈，这样就相当于增加了每一相的励磁电感，因此铁芯中磁通不会升高到严重饱和的状态[]。能够使电压互感器各相电压保持在正常相电压附近而不饱和，提高了电压互感器零序励磁特性，降低电压互感器的一次电流，同时，也保持了接地指示装置对零序电压幅值和相位的灵敏度，是一种比较优越的消谐方法。但是单相电压互感器型号的选取要依据实际情况来选择，如有观点认为，应当选取与三相电压互感器变比相等的单相电压互感器。
3.3将电源变压器中性点经过消弧线圈接地。
在中性点经消弧线圈接地的情况下，其电感值远比互感器的励磁电感小，回路的零序自振频率决定于电感和电容，互感器所引起的谐振现象也就成为不可能。35KV系统发生谐振时，可采取此法。需要指出的是，加装消弧线圈以后，系统中若发生断线故障或出现纵向不对称电压时，消弧线圈可能与系统电容和电压互感器励磁电感之间呈现串联谐振状态，同样可能引起铁磁谐振问题。因此加装消弧线圈抑制铁磁谐振的问题需要针对配电网特点考虑这种可能性。
结束语
本文通过对中性点不接地系统中，由于单相接地故障发生的铁磁谐振进行了仿真，分别对铁磁谐振的三种类型进行了频谱分析，对发生铁磁谐振时的谐波构成有了直观的认识，最后采用了中性点接消弧线圈的方法，从仿真的结果看出，中性点接消弧线圈接地得到了良好的消谐效果。
参考文献
[1]张烨，李中琴.铁磁谐振原理和反铁磁谐振的方法[J].科技风.2010（09）
[2]张勋友，孙佐.新型电力系统铁磁谐振保护装置的研究[J].安庆师范学院学报（自然科学版）.2010（02）
[3]申长春，杨娜.铁磁谐振过电压及抑制措施[J].内蒙古科技与经济.2010（05）
[4]郭景武，张荣新.消谐装置在电力系统中的应用分析[J].天津电力技术，2005年增刊.
[5]黄建硕.铁磁分频谐振过电压的产生、危害及措施[J].电工技术应用，2007.
论文作者:李双恩
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/10
标签：谐振论文; 过电压论文; 电压互感器论文; 相电压论文; 单相论文; 电容论文; 电压论文; 《建筑学研究前沿》2018年第2期论文;