摘要：阐述了35 kV变电站电压互感器烧损的原因，剖析了电压互感器发生铁磁谐振的机理，提出预防发生铁磁谐振的技术措施。
关键词：电压互感器；铁磁谐振；消谐器；变电站
1 故障现象
随着电力工程和科技的迅速发展，变电站的利用变得越来越普遍，使得各个变电站的工作任务也越来越繁重。电压互感器是变电站中不可缺少的设备，它可以根据不同的比例关系把总电量进行合理地分配到各个线路，然后保证电能保质保量地输送到千家万户以供人们使用。但因为大量的工作，电压互感器也会时不时地出现小故障，烧毁就是其中出现的最为频繁的事情我公司35 kV变电站于2014年4 月12 日投入使用的电压互感器JSZW -10W3，在使用过程中，于5月16日发生故障。通过观察，JSZW - 10W3电压互感器环氧树脂绝缘材料有裂纹，C相环氧树脂绝缘层裂纹内部有黑色胶体溢出，当时母线发生接地属于金属永久接地，在互感器一次中性点经过消谐器接地，但是发现消谐器外部锈蚀严重，螺丝无法拆卸，电压互感器开口三角引出线接在二次消谐器上，二次消谐器装置经检查并未运行。
2 故障分析
谐振过电压是电力系统中电感、电容等储能元件在某种接线方式下与电源频率发生谐振所造成的过电压。一般按起因分为：线性谐振过电压、铁磁谐振过电压、参量谐振过电压。
1）线性谐振过电压：构成谐振回路的电工设备的电感、电容等参数是常数，不随电压或电流而变化。例如
输电线路的电感和电容，线路串联补偿用电容器，铁心具有线性励磁特性的消弧线圈等。谐振过电压主要因
串联谐振的电路原理而产生。当系统在某种接线方式下形成了电感、电容串联回路，回路自振频率又恰好与电源频率相等或接近时就会发生串联谐振现象，使电工设备出现过电压。因为电站设计之初设备参数是经过详细测算的。
2）参量谐振过电压：发电机转动时等效电感参量发生周期性变化，若连接容性负载，如空载输电线路，则
会与电容形成谐振，甚至在无励磁的情况下，也能使发电机端电压不断上升，形成过电压。这种现象又称作发
电机自励过电压。由于当时机组处于停机状态。因此不可能是参量谐振过电压。对于接地式电压互感器必须采取行之有效的消谐措施，以防止因各种原因而引发的铁磁谐振所造成的破坏事故。该站建立时，尽管配置了在开口三角接入阻尼的消谐设施，但由于微电脑使用一段时间后而烧坏，致使消谐措施失效，导致烧毁互感器的事故发生。发生烧毁电压互感器的根本原因，在于消谐器失去作用而产生的铁磁谐振，而与互感器质量无关。
3 铁磁谐振发生机理
在电力系统中，特别是在35 kV以下非接地系统中，存在着大量的储能元件，如非线性的铁心线圈和线性电容等。在某些情况下，由于铁心的饱和引起电感量的变化，当铁心感抗XL 与线路对地容抗XC 接近或相等时，将引发并联铁磁谐振，其原理如图1、2所示。
图1 并联铁磁谐振电路图2 并联铁磁谐振曲线
铁磁谐振过电压：非线性电感与电容串联而激发起的谐振现象称为铁磁谐振。非线性电感是指谐振回路中的电感元件因铁心的磁饱和，使得自身电感参数随电流（磁通）而变化。电磁式电压互感器就是这种元件。由于发生铁磁谐振回路中的电感不是常数，回路的谐振频率也不是单一值。同一回路既可能产生工频的基波谐振，又可能产生高次谐波（如2、3、5次谐波）或分谐波（如1／2、1／3、1／5次谐波）谐振。
实际上在非线性电感线圈回路中，在一定条件下，可能出现持续性的其它频率的谐振现象，谐振可能是工频的整数倍和分数倍，即高频、基频和分频。铁磁谐振的基本条件是电路中非线性电感元件，当电路参数发生突变，如单母线接地、负载的突然变化或短路以及供电变压器的三次谐波等，都有可能激发谐振的发生，特别是在轻载和空载情况下。铁磁谐振将使电压互感器承受严重过电压，铁心磁通成倍增高，励磁电流剧增，而在分频电压作用下，由于电压增高的同时，频率降低、铁心迅速饱和，互感器一次绕组的电流将远远超过其正常的通流能力，导致绕组过热，烧毁或炸裂。
4 铁磁谐振的预防
由于近年来，随着经济的不断发展，电力系统的谐波污染越来越严重。存在着电压互感器铁芯饱和引起铁磁谐振过电压的可能。铁磁谐振过电压，表现形式可能是单向、两相或三相对地电压升高，或以低频摆动，引起绝缘闪络或避雷器爆炸；或者在电压互感器中出现过流引起熔断器或互感器烧毁等。由此，判断电压互感器损坏是由于铁磁谐振过电压造成的。为预防铁磁谐振引起的过电压现象，需要增大谐振回路的阻尼，同时还应力求从系统运行方式上避免产生谐振过电压。
运行人员应加强对电压互感器铁磁谐振现象的认识。当断路器已断开，但母线电压仍较高，电压互感器发出异音时，应能及时认识到这种情况可能是发生了电压互感器铁磁谐振。铁磁谐振往往引起电压互感器过激磁．线圈发热。因此，如能及时消除，就可以避免设备损坏事故的发生。消除谐振的正确方法是：将电压互感器刀闸或断路器前、后刀闸的任意一组迅速断开。电压互感器谐振消除后．应认真全面地检查电压互感器，防止电压互感器带病投入运行。检查项目包括：外观检查是否渗漏油；测试线圈直流电阻；取油做色谱试验等。为避免空母线电压互感器铁磁谐振现象，可改变运行和操作方式，在出现带断口电容断路器投切空母线电压互感器时，采取首先切除母线电压互感器，或增大母线电容，或采用电容式电压互感器等措施。
参考文献：
[1]王平洋．现代电力系统自动化丛书[M]．北京：中国水利电力出版社，1986
[2]邱毓昌，施围，张文元．高电压工程[M]．西安：西安交通大学出版社，1995．
[3]华北电力集团公司过电压反事故技术措施[Z]．华北电集生（1997）40号文
论文作者:张阳
论文发表刊物:《电力设备》2016年第16期
论文发表时间:2016/11/8
标签：谐振论文; 过电压论文; 电压互感器论文; 电感论文; 回路论文; 母线论文; 铁心论文; 《电力设备》2016年第16期论文;