（内蒙古电力集团乌海超高压供电局 内蒙古乌海市 016000）
摘要：通过分析LC串联电路谐振原理，阐述了中性点不接地系统中，由于电磁式电压互感器铁心饱和特性产生铁磁谐振的原因，以及铁磁谐振引起过电压、过电流对电力系统的危害.同时针对中性点不接地系统，提出了防范铁磁谐振的3种措施，对其消谐原理作了相关说明。
关键词：电磁式电压互感器；铁磁谐振；过电压
一、谐振产生的原因及类型
1.1电压铁磁谐振
下面分析电压铁磁谐振的情况，这类谐振发生在电容与电感串联的回路中，电感压降因受磁饱和影响所以与电流为非线性关系，而电容压降与电流为线性关系，又因为电感压降与电容压降在相位上是反向的，所以总电压应为电感压降与电容压降的差值，为了分析方便起见，总电压在横坐标下方的部分我们将它画在上方，这样只需要注意相位而对数值没有影响。
当电源电压逐渐升高时电流也开始增长，当电流增加到a点时因磁路开始饱和造成感抗下降，回路总阻抗因此也下降，此时回路电流会从a点跃变到b点，且相位发生反倾，如电压再升高则电流又缓慢上升，而电压再下降时电流又会发生跃变。当电流小于I1时，电感压降大于电容压降，回路电流呈感性，当电流大于I1时，情况则相反，回路电流呈容性，而电流等于I1时电感压降等于电容压降，总电压为0，该点即为共振点，此时产生的共振称为电压谐振。共振发生时不但回路中的电流相位会发生变化，而且数值上也会增加很多倍，这就造成电感与电容上的压降大大增加，回路中就出现了过电压与过电流。
当发生谐振时，电压会增高，过电压的幅值一般不超过2.5Uxg（Uxg为最高运行相电压），个别可达3.5Uxg，且谐振过电压持续时间较长，同时会产生较大过电流，并发生相位反倾现象。当发生分次谐波谐振时过电流可达额定电流的20-30倍，基波谐振及高次谐波谐振时过电压较大。
1.2电流铁磁谐振
这类谐振发生在电容与电感并联的回路中在回路中，电容电流与电感电流是反向的，在数值上总电流为两者之差，当总电流为零时即电感电流与电容电流相等时回路发生谐振。
当电压高于共振点时电流呈感性，电压低于此点时电流呈容性。当回路电流逐渐增加到a点时电压会发生跃变至b点，同时电压相位发生反倾，若此时电流继续增加则电压也继续上升。因此电流谐振也会出现过电压及过电流，原因依然是电感线圈磁路饱和引起的电抗下降。
1.3铁磁谐振频率区域的划分
（1）低频谐振
当XC与XL的比值较小时电容和电感在振荡时能量交换所需的时间较长，振荡频率较慢。振荡频率往往为基波的1/2，1/3，1/4等，亦称分频谐振，其特点为：
a.过电压倍数较低，一般不超过2.5倍的相电压。
b.相电压表的指示升高，而且有周期性的摆动，线电压指示数正常。
（2）高频谐振
当XC与XL的比值较大时会发生高频谐振，这时线路对地电容较小，振荡时的能量交换较快，谐振频率往往是基波的3，5，7倍等，亦称之为高频谐振，其特点是：
a.过电压倍数较高。
b.相电压表指示值同时升高，最大值达相电压的4-5倍，线电压基本正常且稳定。
c.谐振时过电流较小。
（3）基频谐振
当XC与XL的比值接近1时，发生的谐振频率与电网频率相同，故称之为基频谐振，其表现为：
a.三相电压表中指示数值为两相高，一相低，线电压正常。
b.过电流很大，往往导致电压互感器熔丝熔断，甚至烧毁电压互感器。
c.过电压倍数在3.2倍相电压以内，伴有接地信号指示，即虚假接地现象。
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二、铁磁谐振分类
电磁式电压互感器发生铁磁谐振一般可表现为两种形式：一种情况下由于系统发生断线、间歇性弧光接地故障时，因铁芯饱和导致的铁磁谐振及过电压；另一种情况下当变压器空载合闸对母线充电时，电磁式电压互感器的一次侧绕组同母线对地电容之间形成振荡谐振条件，从而导致过电压。不接地系统正常运行，线路对地电容与电磁式电压互感器一次绕组之间感抗形成并联回路，由于等效感抗一般均较大，电网对地阻抗主要表现为线路对地电容的容抗，此时三相较为平衡，谐振条件不成立。当出现空载合闸或者间歇性弧光接地故障时，由于互感器三相绕组之间不同饱和度，中性点会出现较大偏移电压，满足谐振条件时，将会引起谐振过电压。根据铁磁谐振发生频率不同，可分为基波谐振以及谐波谐振。其中基波谐振也称为工频谐振，谐波谐振又可分为分频谐振与高频谐振，分频谐振主要是1/2、1/3、1/5次谐波引发，高频谐振主要为2、3、5次谐波引发。系统发生工频谐振时，中性点出现偏移电压，且该偏移电压为工频电压，此时系统电压出现一相或两相电压升高并伴随一相电压降低。当发生谐波谐振时，系统中性点偏移电压为谐波电压，会出现三相电压同时升高的异常现象。此外，当电磁式电压互感器发生铁磁谐振时，不仅会造成设备过电压，还会导致互感器开口三角两侧出现较大的零序电压，从而形成接地告警，也就是常见的“虚假接地”现象，对电网正常运行造成较大影响。
已有研究分析得出相应的谐振分类分区，也就是针对系统对地电容容抗与互感器等效感抗之间对应关系，从而表征出系统可能出现的谐振类型，即为H.A.peterson谐振分区理论。
三、防止铁磁谐振的措施
3.1一次侧消谐.是指在电磁式电压互感器一次线圈中性点，经消谐电阻或1台单相电压互感器接地的方法.TV的中性点经消谐电阻接地消谐，即在单相接
地故障消失时，非故障相的充电电流经消谐电阻流入大地，使流经TV一次线圈的激磁电流下降；同时因零序等值电路串联此电阻，使TV一次线圈电压降减少，避免TV铁心过饱和，限制了过电压的产生；消谐电阻一般为几千Ω到几万Ω不等.
TV的中性点经1台单相电压互感器接地消谐，相当于系统中性点接入1个高阻抗，使电磁式电压互感器等值阻抗增加.当发生单相接地故障时，系统零序电压大部分降落在单相电压互感器上，使电磁式电压互感器不易饱和，避免了铁磁谐振的发生.
3.2二次侧消谐.是指在电磁式电压互感器的辅助线圈（开口三角绕组）并联灯泡、阻尼电阻或智能消谐器的方法.
①开口三角绕组并联灯泡消谐.灯泡一般选用220V、300～500W的白炽灯.当发生单相接地故障时，灯泡用来增加系统电路的电阻，加大有功功率损耗，避免谐振过电压发生.
②开口三角绕组并联阻尼电阻消谐.此阻尼电阻一般为压敏电阻.系统正常运行时，开口三角绕组输出电压为0，电阻呈高阻值，满足测量要求；系统发生单
相接地故障时，电阻呈低阻值，相当于系统中性点直接接地，可消耗大量的谐振能量，迅速消除谐振.
③开口三角绕组接智能消谐器消谐.消谐器能区分谐振和系统接地故障状态.当TV铁磁谐振时，智能消谐器动作，短接TV的开口三角绕组，产生1个与谐振电压反向电势，达到抑制谐振过电压的目的.
3.3其他方法.减少并联运行的电磁式电压互感器台数，增大电压互感器的等值电抗，使系统等值电路一直显感性，阻止TV的铁心工作在过饱和状态；采用激磁特性较好又不易饱和的电磁式电压互感器；在满足运行要求的前提下，采用电容式电压互感器；改变电压互感器的接线方式，或者在倒闸操作步骤上采取防止铁磁谐振的措施，避免产生激励条件.
结语：
中性点不接地系统的电磁式电压互感器铁磁谐振时有产生，根本原因是电压互感器在激励的条件作用下，其铁心的严重磁饱和、激磁阻抗下降并与系统电容元件构成谐振电路.铁磁谐振产生过电压，影响系统安全稳定运行.尤其是在6～10kV系统中，许多出线采用电力电缆线路，增加了系统对地电容，发生铁磁谐振的几率增大，更应采取措施加以防范。
参考文献：
[1]丁伯和，程银燕.电力系统谐振分析及消谐方法[J].科息，2018（16）：315.
[2]王华.铁磁谐振及其影响[J].上海电力，2016（4）：53.
[3]孙杰，朱福桥.铁磁谐振分析及其防治[J].电气时代，2017（12）：74.
论文作者:李文瑞
论文发表刊物:《河南电力》2018年23期
论文发表时间:2019/7/15
标签：谐振论文; 过电压论文; 电压互感器论文; 电流论文; 电压论文; 电容论文; 相电压论文; 《河南电力》2018年23期论文;