摘要：迄今为止，国内外对断路器的均压电容器均压特性研究较多，而对多断口特高压电压等级SF6断路器的研究，还鲜见报道。本文总结了现有关于均压电容对多断口断路器开断能力影响的研究成果，对多断口SF6 断路器均压电容的进一步研究和选择提供一些参考。
关键词：均压电容；电压不均匀系数；铁磁谐振；
1 均压电容器引起的铁磁谐振过电压及其危害
高压断路器是电力系统中最重要的控制电器。而均压电容器在断路器使用过程中起着使电压在各断口上电压均匀分布，改善灭弧性能；降低断路器断口恢复电压上升率两方面作用。
目前，在中性点直接接地系统中铁磁谐振过电压占的比重很大。这是因为运行的断路器，大多带有均压电容。在系统发生故障或断路器动作时，均压电容与母线对地电容及电磁式电压互感器（以下简称PT）之间的形成振荡回路，产生串联铁磁谐振，甚至产生极为复杂的混沌振荡。
铁磁谐振可以是基波谐振、高次谐波谐振，也可以是分次谐波谐振，其表现形式可能是单相、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；或产生高值零序电压分量，出现虚幻接地现象和不正确的接地指示；或者在电压互感器中出现过电流，引起熔断器熔断或互感器烧毁；甚至还可能使小容量的异步电动机发生反转等现象。
图1所示为最简单的电阻 R、电容 C 和铁心电感 L 的串联电路。假设在正常运行条件下其初始感抗大于容抗（ωL>1/ωC），电路不具备线性谐振的条件。但是当铁心电感两端的电压有所升高，电感线圈中出现涌流时就有可能使铁心饱和，其感抗随之减小，以致可以降低到ωL=1/ωC（即ω0=ω），使之满足串联谐振条件，在电感、电容两端形成过电压，这种现象称为铁磁谐振现象。因为谐振回路中的电容和电感不是常数，回路没有固定的自振频率。同样的回路中，既可能产生谐振频率等于电源频率的基波振荡，也可能产生高次谐波（如 2 次、3 次、5 次等）和分次谐波（如 1/2 次、1/3 次、1/5 次等）振荡。因此具有各种谐波振荡的可能性是铁磁谐振的重要特点。
铁磁谐振的几个主要特点：
（1）对铁磁谐振电路，在相同的电源电势作用下，回路可能有不只一种稳定的工作状态，如基波的非谐振状态和谐振状态。电路到底稳定在哪种状态要看外界冲击引起过渡过程的情况。回路处在谐振状态下，将产生过电流和过电压，同时电路从感性突然变成容性。
（2）非线性铁磁特性是产生铁磁谐振的根本原因，但铁磁元件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。这就说明为什么电力系统中的铁磁谐振过电压往往发生在变压器处在空载或轻载的时候。
（3）对串联谐振电路来说，产生铁磁谐振过电压的必要条件是
，因此铁磁谐振可以在很大参数范围内发生。
按照非线性动力系统理论，混沌振荡是一种包含无穷个不稳定轨道的、对初始条件极端（指数级）敏感的振荡，混沌振荡是比周期振荡、拟周期振荡更为复杂的动力学行为。正是这种振荡的不稳定性和对初始条件的极端敏感性对电网安全运行构成了威胁。
造成断口电容与铁芯电感串联的运行方式有两种：
（1）母线设备停电检修结束时后恢复备用时，合断路器相邻两端隔离开关时；（2）由运行状态转备用时，断开断路器。这两种方式只要满足PT 电感_ 和母线电容的并联伏安特性在电压达到某一定值后为感性，且电源电压具有足够大的扰动就会产生铁磁谐振。
一方面，铁磁谐振会产生幅值较高、持续时间较长、频率较高的稳态工频过电压及过电流，导致PT喷油、二次电压负载（电压继电器及仪表等）损坏，严重时烧毁PT，或导致与之并联的氧化锌避雷器爆炸，限流电阻爆炸。直接影响了电力系统的安全稳定运行。铁磁过程时间很短，不易直接被观察到，并且与电力系统中其他故障现象相似，所以不易被察觉。
另一方面，由于均压电容的耦合作用，使与其相连的母线系统产生很高的耦合电压，通常有几万伏。当其母线作业时，为保证作业人员的人身安全，必须设法消除之。通常就是断开断路器两侧隔离开关，这就是“明显断开点”的作用。
若电源中性点直接接地，则 PT 绕组分别与各相电源电势相联，电网中各点电位被固定，不会出现中性点位移过电压；若中性点经消弧线圈接地，其电感值远小于 PT 的励磁电感，相当于 PT 的电感被短接，PT 的变化也不会引起过电压。但是，在中性点直接接地或者经消弧线圈接地的系统中，由于操作不当和某些倒闸过程，也会形成局部电网在中性点不接地方式下临时运行。因此，在国内 220 千伏及以下系统中都发生过 PT 谐振现象。
2基于EMTP的铁磁谐振仿真
本文以带电压互感器的空母线与断路器断口并联均压电容产生的铁磁谐振现象为例进行分析。在PT谐振的回路中，线路的对地电容大小直接影响着谐振的产生与否及性质，可以忽略线路的其他参数（R、L）等造成的影响。图2为有可能产生铁磁谐振的运行线路图。图3为其等效电路图。
其中，k2-刀闸；k1-断路器触点；C-并联电容。
当刀闸k2闭合状态下打开k1，或k2开路转态下闭合k1，均可能激发基波铁磁谐振。由于相间电容较小，可以忽略不计，则各相基本上自成独立的谐振回路，其中，C 为每相对地电容，其中C=Ck+C0。
仿真中以JDCF-110W2型电压互感器为例，在分析计算中，JDCF-110W2型电压互感器一次侧伏安特性如表1-1 所示：
通过以下公式计算，将U-I曲线转换为I-Φ 曲线。
仿真中电源UP =98796V，断路器均压电容Ck = 900pF，系统对地电容C0 随着系统运行方式的改变而改变，它对铁磁谐振是否发生及铁磁谐振类型有重要的影响，正常运行状态时C0在800-3600pF，C0 在300-700pF 时系统进入基波谐振状态，而当C0 处于100-300pF的范围内时，系统将会进入分频谐振。在其他条件不变的情况下，改变断路器均压电容，观察波形变化，确定均压电容的不同容值对线路的影响，其中，C0 =2000pF，系统损耗等值电阻R=80 MΩ，电源的合闸初相角设为0。
结论
本文针对中性点直接接地系统，建立了铁磁谐振系统的模型，通过选取不同的均压电容值，在ATP 下对其仿真模型、波形进行了仿真分析，研究了非线性系统中均压电容值对振荡波形的影响，为电力系统运行的安全运行提供了理论依据。
参考文献：
[1]王晓云.中性点直接接地系统铁磁谐振的数学仿真［D］.保定：华北电力大学，2002．
[2]郑雅轩.断路器断口并联电容引起谐振的防止[J].山西电力，2002，（4）：56-59..
作者简介：
李岩，（1971.5.21-），性别：男；籍贯：辽宁沈阳；民族：汉族；学历：研究生学历；职称：高级工程师；研究方向：电力系统运行分析与控制
冷欧阳，（1986.10.29-），性别：女；籍贯：辽宁沈阳；民族：汉族；学历：；研究生学历；职称：高级工程师；研究方向：电力系统运行分析与控制
论文作者:李岩,冷欧阳
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/13
标签：谐振论文; 过电压论文; 断路器论文; 电压论文; 断口论文; 回路论文; 电容论文; 《电力设备》2018年第3期论文;