五、
关于电压互感器的铁磁谐振及其消谐措施。
1、谐振条件
在中点不接地系统中，由于接地保护的需要，三相电压互感器的中点是直接接地的，因此电
压互感器与电网线路对地电容并联而形成谐振回路，电磁式电压互感器的电感是非线性的，这种
谐振回路为非线性谐振回路，或称铁磁谐振回路，如图5-1。
通常，在正常运行时，电压互感器的感抗X L 远大于电网对地电容的容抗X C ，即X L 与X C
不会形成谐振，但由于某些原因，例如单相接地故障、线路合闸、雷电冲击等等，使电压互感器
的电感量发生变化，如果X L 与X C 匹配合适则将产生谐振。
由于电网中点不接地，正常运行时互感器中点N ＇和电源中点对地同电位，即中点不发生位
移，当发生谐振时，互感器一相、两相或三相绕组电压升高，各相对地电位发生变动，但因电源
电势由发电机的正序电势所固定，E A 、E B 、E C 保持不变，在电网这一部分对地电压的变动则表
现为电源中点发生位移，而出现零序电压，这就是说，谐振的发生是由于中点位移而引起的。
假定当A 相电压下降，B 、C 相电压升高，则A 相显容性，而B 、C 相显感性，等值电路图
图5-1 电压互感器接线图
图5-2 不对称阻抗产生的中点位移电压
如图5-2所示。
如图，三相中各阻抗不对称，电源中点产生位移，在一定条件下将产生谐振。
根据图5-1，解出中点位移电压如下式：
C B A C C B B A A NN Y Y Y Y E Y E Y E U ++++-=????/ （1） 'c j Y A ω=， '1L j
Y Y c B ω-== 代入得： ''2)1(/L
c L c E U A NN ωωωω-'+'-=?
? （2） 由（2）式可看出，当'2L c ωω=
'时则U 0无穷大，即要发生谐振，这也意味着只有当电压互感器的感抗与线路容抗在一定比例下，谐振才会产生。有人（HA.Peterson ）对此曾做了专门的模
拟试验，得到了谐振范围的曲线，如图5-3b 所示。模拟试验用互感器的V-A 特性如图5-3 a 。
5-3 a 非线性电感的伏安特性曲线
U —试验电源相电压 U ?—非线性电感额定电压 I*—电流标幺值
5-3b 不同谐振区域
10C x C ω=， 0L x —额定线电压下非线性电感的励磁感抗 从图5-3b 可看出，谐振有可能是分频谐振（低于工频，一般为
2
1工频），也可能是工频谐振，或高频谐振。 图5-3b 中X C 为线路的每相对地电容（线性的），X L 为电压互感器每相绕组在φU 3电压下的励磁感抗。显然，当X C / X L ＜0.01时，谐振不会发生，当0.01≤X C / X L ≤0.1时，会发生分频
谐振，而且起振电压很低；当0.1≤X C / X L ≤1时会发生工频谐振（基波），X C / X L ≥1时进入高频
谐振区。
由此可以看出，分频谐振是容易发生的。西安交通大学用大一互提供的JDZX18-10，
JDZX9-10G 及JDZX9-35Q 电压互感器的V-A 特性采用EMTP 电磁暂态软件进行了仿真计算，其
谐振范围与上模拟试验曲线有些差别，例如：L
C X X =0.00159~0.0133，发生分频谐振，L C X X =0.00159~0.312发生基频谐振，L
C X X =0.133~26.7，发生高频谐振。 谐振的发生必须有激发条件，即必须有使电压到感器的电感量发生变化的条件。系统中激发
条件往往是：空载母线或送电线路的突然合闸；单相接地故障（非故障相电压升高）；传递过]电
压及经消弧线圈接地的系统有时消弧线圈退出运行，等等，这些激发条件以单相接地故障最频繁。
2 谐振的基本特性
a 、工频谐振（基波谐振）
试验和分析表明，由互感器引发的基波谐振表现为一相电压
降低，两相电压升高，且中点移到线电压三角形之外，各相电压
相量图如图5-4。
基波谐振产生的过电压幅值一般不高，对地稳态过电压不超
过2倍φU ，暂态过电压也不过3.6φU 。
b 、高频谐振（三次谐振波谐振）
在中点绝缘系统中，由于电源不能向电压互感器提供三次谐
波励磁电流，而使铁芯中磁通为平顶波，含有三次谐波磁通，对于三个单相电压互感器而言，三次谐波磁通可在每相电压互感器铁芯上流通，因而产生三次谐波
电势，使中点位移产生而发生谐振。
高频谐振的表现是三相电压同时升高，即在工频电压下迭加三次谐波电压 ，因为各相基波
电压与三次谐波电压均相等，所以三相电压指示相同。
高频谐振通常在空母线合闸的激发条件下产生。有时，变电站出线很短是也会发生。
高频谐振会产生较高的过电压，最高可达3φU 。
c 、1/2分频谐振
除了基波和三次谐波谐振以外，电压互感器的铁磁谐振电路还可产生低于电源频率的分次谐
波谐振，其中大多数为1/2次谐波谐振。
1/2分频谐振时，其谐波波源必然存在电源中点与互感器高压绕组中点之间，即在U NN ，中，
它是零序性质的。因此，分频谐振电压一般都认为每相对地电压为电源电势（基波）和中点位移
电压（1/2次谐波）的相量和。其均方根值为)21(22/NN U U U +=φ，φU — 电源相电压
)21(/NN U —2
1次谐波谐振时中点位移电压。 由此可见，1/2分频谐振表现为三相对地电压同时升高，实际上谐振频率与1/2工频略有差
别，所以，电压表计以低频来回摆动。
1/2分频谐振过电压不高（不超过2φU ），这是由于铁芯深度饱和所致。因为频率减半，互
感器铁芯中磁密要比额定时大1倍，使铁芯饱和，励磁感抗急剧下降，因而高压绕组流过极大的
过电流，一般可达几十倍甚至上百倍额定电流，使互感器过热并产生电动力的破坏。
由于是热和电动力的破坏，互感器往往有一发展过程，表现为互感器冒烟、熔丝熔断、油浸
互感器喷油等。
图5-4 基波谐振向量图
如果X C /X L 处在两种谐振区的交界处，有可能是发生基波振而后转入分频谐振。
1/2分频谐振的激发条件大都是单相接地故障又突然消除的暂态过程。由于其起振电压较低，
在一定电网条件下1/2分频谐振是最容易发生的，而且破坏力很强，也是互感器出现烧坏事故的
主要原因。
3、消谐措施
35KV 级以下电力网电磁式电压互感器的铁磁谐振现象，曾经引起电力部门的高度重视，消
除铁磁谐振的措施有两大类：破坏谐振条件，阻尼谐振。
属于第一类的有：增加网络电容，使L C X X /≤0.01，不使用电磁式电压互感器，采用电压
互感器中性点经零序电压互感器接地，（针对接地故障）；第二类措施是在二次或在互感器中点对
地加电阻。另外，对电压互感器有较好的励磁特性减少谐振的发生，也是有作用的。互感器较好
的励磁特性是建立在降低互感器额定磁密上的，但这很有限，因为受互感器容量，准确级及开关
柜的尺寸及制造成本的制约，额定磁密不能降到很低的。现代大连第一互感器厂互感器已经作了
尽可能的降低。通观国内外情况，及使用常用的优质冷轧钢片（Z11－0.35，Z10－0.35），互感器
在额定电压因数电压下，磁密不超过1.6T ～1.65T ，同时，在生产控制上也严格控制了励磁特性
的不一致性的偏差。
3．1阻尼谐振
阻尼谐振措施包括以下两类
a ） 二次回路加电阻
在互感器开口角回路加阻尼电阻，有固定电阻和电子
型，统称二次消谐，电子型目前普遍采用的微机型消谐器
其接线如图5-5，其原理是，电压互感器发生铁磁谐振时，
中性点产生位移，使三相电压不对称，互感器饱和，出现
零序磁通，高压绕组流过零序电流，在开口角两端，要感
应零序电压，接有电阻时，则有零序电流流通。这个电流
是对高压绕组中的零序电流所建立的磁通起去磁作用的。二次零序电流越大，去磁效果越大，短接时效果最好，如果长期处于短接状态，则可能不发生谐
振。但短接对互感器是不能长期运行的，只允许运行1s 以内。因此利用可控硅，在发生谐振时，
由CPU 采集数据，超过正常电压值后使可控硅导通，使谐振瞬间消除。谐振消失后，可控硅又
恢复阻断状态。
这种消谐器的致命弱点是一旦可控硅阻断失效，即开口三角处于永久性短路，在单相接地或
图5-5 二次加消谐器接线图
其他故障使三相电压不平衡时，电压互感器即处于短路运行，会烧坏互感器。这种消谐器失效而
造成互感器损坏已经不是“危言耸听”，事实上已经发现过，“瞬间消谐”的概念也是不确切的。
谐振一旦发生，要消除总得有个过程。尤其是由于采集数据的延时，可能错过阻尼的最佳时间。
其“瞬间”如果超过1s ，则已不保护互感器的安全了，因为互感器短路运行只允许1s 。过去的这
类消谐器对可控硅阻断失效没有显示，运行人是不可检查，不会发现，这又是其弱点。
b ）互感器高压中点经电阻接地
互感器高压中点经电阻接地，此称一次消谐，接线图如图5-6，电阻可以是线性的，也可以
是非线性的，对于非线性电阻，在工作时，可保持中点对地电位不超过互感器N 端对地的绝缘水
平。
其消谐机理是单相接地消逝时线路在由线电压恢复到相电压的过渡过程中，电容放电电流只
能通过电压互感器高压绕组入地，理论分析（计算机仿真）及实测表明，这过电流的频率很低，
特别是电容较大的网络中其频率只有几个H Z 。我们称此为超低频振荡电流。这个放电电流一般
可达到上百倍互感器正常的励磁电流，因而会使互感器饱和，激发谐振也会使高压熔断器熔断，
由于放电电流可达到熔断器瞬间熔断的电流，因此，往往深断器熔断，而保护了互感器，但有时
这个电流小于熔断器瞬时熔断值，而引发谐振，则烧坏互感器。当在中点经电阻接地后，这个电
阻即限制了放电电流，从而防止了熔断器熔断和谐振。单相接地电容放电电流如图5-7。
电阻的选择，目前是通过试验和计算决定，而西安交通大学用计算法得出，临界电阻为5.6%
互感器相电压下的感抗值。
一次消谐器也有一些弱点，即电阻的热容量如果不够的，会引起电阻的损坏，而失去消谐作
用，一次消谐电阻如果过大，会产生危及N 端对地的耐压水平。一般，互感器N 端对地耐压水
平为3kV ，1min ，所以要求消谐电阻上产生的压降应低于3kV 。选用时要注意。另外,该消谐措施
带来一个弊病是三次谐波电流在电阻上产生压降，已使开口角回路滤出的三次谐波电压影响正常
图5-6 互感器高压中点经电阻接地接线图5-7 单相接地及消失时的电容电流途
运行，也造成三相电压不平衡。
3．2破坏谐振条件
互感器高压绕组中点经零序电压互感器接地，即所
谓“4VT ”接法，属于破坏谐振条件（指单相接地）类
消谐措施。
接线路图如图5-8，是由三个单相全绝缘电压互感器和
一个半绝缘
（或全绝缘）单相电压互感器构成。其消谐
原理是，当单相接地时，电压互感器的一次电压出现零
序和正序电压，其正序电压施加在接成三相星形的主
PT 上，即主PT 上的各相电压不发生变化，而零序电压（每相零序电压为
电源相电压U φ）则由三相主PT 和零序电压互感器承担，由于三相主PT
的零序绕组（开口角回路）短接，其零序阻抗很小，与零序电压互感器的阻抗相比可以忽略，如
此，零序电压就几乎全部加在零序电压互感器上，即零序电压互感器有相电压产生，其二次侧有
电压输出而发出接地报警。当接地消逝时，电容放电电流亦通过主PT 一次绕组和零序PT 一次绕
组至地，由于零序PT 的高阻抗及较大的直流电阻抑制了这个放电电流，不致引起互感器饱和而
不发生谐振。
由图5- 8 还可以看出，电压表所测量的是各相对地的电压，即为各二次绕组的电压与零序
互感器的电压之和（相量和）。因此正常运行时，电压表测量的是相电压，而在单相接地时则由
于零序电压互感器二次侧有相电压，其方向与接地相的正序电压方向相反，即接地相的电压表读
数为0，而其他非故障相的电压上升到线电压。其二次相量图如图5-9。因此，该接线可以反映接
地的相别。
根据这种原理，我公司曾经开发了三相防谐振电压互感器，其型号为JSZF-10型，其接线图
如图5-10 。
其中j1—j2端子为零序电压输出为100V，而j2-n端子的电压为100/√3V。这种三相互感器为三相三柱，其零序阻抗很小，所以零序互感器测量的电压基本上是一次零序电压Uφ理论分析和实际运行经验表明，上述这种主PT开口角短接的4PT接线还有不完善的地方，还不能有效地抑制超低频振荡电流和消除谐振，还偶尔有烧坏的事故发生。该接线，由于开口角回路短接，当系统中出现单相断线，变压器空投母线，单相弧光接地等非正常工况下，由此产生的零序电压而在开口角回路形成的环流，在电容量较大的电网中，这个环流可能超过互感器的热容量而被烧坏；另外，该接线测量的零序电压不准确，同时，因为零序电压互感器是常规的产品，其感抗和直流电阻较小，没有达到抑制超低频振荡电流的要求，据此，为更加可靠地安全运行，大连零序科技开发有限公司提出“4PT”的优化方案，该方案经大一互的模拟试验进行了验证。优化方案主要有两点：其一是接线优化，将主PT的开口角打开与零序PT的一个绕组串接接至电压继电器；其二是，零PT的直流电阻和感抗加大了很多，即零序PT是特殊设计的。这种互感器组我们称为抗谐振阻振荡电压互感器。其产品说明书附后。优化接线的原理是，测量零序电压准确，因为主PT的开口角和零序互感器是串接，即其两端电压是主PT承担的零序电压之和，消除开口角短接的接线方案中只有零序电压互感器承担的零序电压，而不存在测量零序电压不准确的缺陷，同时，由于两个回路的串联，正常运行时三次谐振电势则相互抵消，从而没有三相电压不平衡和开口角回路电压超标的麻烦，还有，零序电压互感器的直流电阻加大，加大到与一次消谐器的电阻值接近，有效地抑制超低频振荡电流。这一优化方案，通过了在铁岭电业局一个10kV 的变电所的单相接地试验，该试验的电容电流达32A，试验结果是预期的。
为此，我们现在推广的是优化的4PT方案。
归纳一下，三种消谐措施比较，二次消谐器对谐振发生后起着阻尼作用，能减少或消除谐振对互感器的破坏，但它对超低频放电电流的抑制不起作用，而不能消除熔断器频繁熔断的现象，一次消谐器的应用，能有效地消谐，同时也很好抑制超低频放电电流，但其麻烦是正常运行时三相电压不平衡和零序电压超标，以及中性点对地的电压可能超过互感器的绝缘水平，甚至消谐器的热容量可能不够也导致消谐器自己被烧坏而失去消谐作用。因此，必须采取一些补救措施才能得以安全运行。
开口角短接的4PT接线对消谐和抑制超低频振荡电流都是有效的，但有其测量零序电压不准确和开口角内的环流会导致互感器有烧坏的隐患，因此而不完善，开口角打开的4PT接线及零序电压互感器的特殊设计，消除了开口角短接的4PT接线的缺陷，因此，目前，该方案是较优的消谐方案。但要注意，试验证明4PT接线方案只能是保护自己，而不能消除系统中其他非4PT 接线的互感器，这就是说，变电所中，无论进线，出线都应用4PT接线方案，不能只是某一侧单独采用
抗谐振阻振荡电压互感器说明书
抗谐振阻振荡电压互感器适用于10kV以下中点非有效接地系统（绝缘系统和共振接地系统）中作电能、电压测量和继电保护及绝缘监测（接地保护）用，在绝缘系统中,它具有抗铁磁谐振过电压与抑制超低频振荡过电流的独特功能，能有效地防止电压互感器高压绕组烧损和高压熔断器熔断;在共振接地系统中,它具有抗各种内部过电压的功能。
1.抗谐振阻振荡电压互感器的构成与接线
抗谐振阻振荡电压互感器由主电压互感器T与零序电压互感器T0构成，其中T由三台单相电压互感器组成并接成星形，其高压绕组中性点经T0接地，原理接线图如图1。
图1抗谐振阻振荡电压互感器原理接线图
图1中，组成主电压互感器T的三台单相电压互感器为全绝缘型，其技术参数与普通单相接地电压互感器相同；零序电压互感器T0，为半绝缘型，它有两个二次补偿绕组：一个是电压补偿绕组，其额定电压为U N/√3（即额定相电压），端子标志为a-n；另一个是零序电压补偿绕组（称补偿绕组），端子标志为da-dn，额定电压为100V。零序电压互感器的技术参数，明显区别于常用互感器。
抗谐振阻振荡电压互感器是按专利技术生产专利号为：20042007047.1
2．产品型号与技术数据
2.1主电压互感器，同JDZX
据见本厂其他产品样本。
全绝缘
2.2零序电压互感器，型号为JDZX10-3,6,10N （半绝缘），最后的字母“N ”为零序电压互感器。
技术数据如下：
a.额定电压比： 10/√3/0.1/√3/0.1kV
b.额定频率： 50Hz
c.额定输出： 50/50V A
d.准确级： 0.5/3P
f.额定电压因数： 1.9，8h
g.绝缘水平： 12/42/75 kV
h .局部放电水平： 在1.2U m /√3下(Um 为最高电压)小于20PC
i.短路承受能力： 在额定电压下二次短路1S ，无损坏
J.爬电距离： 240mm
3．订货须知
如果是新建变电所，请将三相主电压互感器和零序电压互感器一起订购，并说明“抗谐振阻振
荡电压互感器”。如果是现有变电所改造，则可只订购零序电压互感器，按第2条的要求注明型
号、电压比等，但应注意，原有电压互感器应是全绝缘型，否则应更换。
4．使用须知
使用抗谐振阻振荡电压互感器必须注意以下两点：
a.无须附加任何其他消谐措施；
b.二次侧任一绕组不允许有两点接地，例如图1中n ′点或dnc(或dna 、dnb)点严禁接地，否则会
烧坏互感器。
5．本说明书备有“抗谐振阻振荡电压互感器的原理简要说明”资料，有需要者请与本公司中压
技术部索取（免费）。
附注：全绝缘电压互感器即互感器高压绕组的两个出线端对地具有相同的绝缘水平。
半绝缘电压互感器即互感器高压绕组的两个出线端具有不同的绝缘水平，其中一个的绝缘水平是降低了的。
联系电话：0411-******** 传真：0411-********