浅析电压互感器铁磁谐振过电压防范措施

生　！　・　Ｃｈｉｎａ　Ｎｅｗ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　高新技术　电力系统铁磁谐振的产生及消除措施　张凯　王建恩　韦宏伟　（北方联合电力蒙西发电厂，内蒙古乌海０１６０１４）　摘要：电力系统中有很多铁芯电感元件，当系统发生故障或开关操作时，在外加电源的作用下，这些电感可能与电容（如导线电　容）产生铁磁谐振过电压。它会破坏电气设备的绝缘，甚至会烧毁电气设备，严重威胁着电力系统的安全、稳定运行。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：电压互感器；铁磁谐振；电感　铁磁谐振是由铁芯电感元件，如发电机、变　压器、电压互感器、电抗器、消弧线圈等和系统　的电容元件，如输电线路、电容补偿器等形成共　谐条件，激发持续的铁磁谐振，使系统产生谐振　过电压田。过电压造成励磁电流剧增，有时可达　额定电流的几十倍，持续时间较长，就会造成熔　断器的熔断，设备的烧损或爆炸，乃至大面积停　电事故目。　１中性点不接地系统中铁磁谐振的产生原　理　如图１所示，电源变压器中性点不接地，为　了监视绝缘，电压互感器的一次绕组中性点直　接接地，其励磁电感分别为ＬＩＩ、Ｌ　、Ｌ　与其并联　的电容ｃ。代表该相导线和母线的对地电容。Ｃ。　与励磁电感并联后的导纳为　、Ｙ　、Ｙｗ。　在正常运行条件下，励磁电感Ｌ￣－Ｌｖ＝Ｌ　，故　Ｙｕ＝Ｙｖ￣Ｙ　，三相对地负载是平衡的，中性点电位　为零。　当电网中发生冲击扰动，例如电源合闸至　空母线使互感器一相或两相出现涌流现象，或　线路瞬间单相弧光接地（或熄弧）后，健全相（或　故障相）电压突然升高也会出现很大涌流，造成　该相互感器磁路饱和，励磁电感Ｌ相应减小，这　样三相对地负荷就变得不平衡，中性点出现位　移电压，其值为　ｅｏ－－－一　㈩　式中：赢为中性点位移（对地）电压；　为三相电源电压；　、　、　为三相励磁电感与母线电容并联　后的导纳。　在正常运行情况下，由于电压互感器励磁　阻抗很大　各相导纳呈现容性，而扰动结果使ｖ　相和Ｗ相电感即ＬＶ和ＬＷ减小，电感电流增　大，可能使ｖ相和ｗ相导纳变成感性，构成如　图１　所示的等值电路图，感性导纳和容性导　纳相互抵消，使总导纳Ｙｕ＋Ｙｖ＋Ｙｗ显著减小，　位移电压Ｅ０大为增加’，如果参数配合适当，总　导纳接近于零，就产生了串联谐振现象，中性点　位移电压将急剧上升日。引起电磁式电压互感器　励磁电流急剧上升等，即铁磁谐振现象。　２常见的铁磁谐振过电压现象　２ｌ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，　————　ｃ。　／／　星…。　Ｌ二二二二二］＿Ｉ一　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　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　的感抗ｘ　严重下降，这样就　和线路或母线对地电容Ｘ　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　线路充人电荷，这部分电荷在　陛点不接地系　统中，只能对电压互感器的高压绕组电感线圈　放电，而流人大地，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ｊ　烧毁Ｉ呷。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问电容，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　（ａ）原理接线图　（ｂ）等值电路图　图１中性点不接地系统中电压互感器谐振接线图　一１４一　中国新技术新产品　本无电压，如果在端口　上接人电阻Ｒ　不消耗　能量，当系统因单相接　ｕ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　型等值电路的二次测短路。　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　串人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口。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　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。３５　ＫＶ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。　４结论　通过以上分析，中性点不直接接地系统中　产生的铁磁谐振过电压会对电力系统造成严重　的后果，因此采用将电压互感器开口三角短接　或电压互感器中性点经高阻抗接地等措施可大　大减少铁磁谐振的发生，至于采用何种消谐方　法，应该根据当地系统的实际情况，结合系统的　运行方式，在充分借鉴和积累的基础上，分别采　取措施，以达到预期的目的。　参考文献　【１】刘晖．浅析电力系统铁磁谐振过电压叨．江西电　力．２０ｏ６．　李顺福．电压互感器铁芯饱和谐振过电压的分　析及预防措施　．青海电力，２００３．　［３】凌子恕．高压互感器技术手册　北京：中国电　力出版社２ｏｏ５．　郭景武，张荣新消谐装置在电力系统中的应　用分析　．天津电力技术，２００５年增刊．　【５ｌ黄建硕铁磁分频谐振过电压的产生、危害及　措施加．电工技术应用，２００７．

电容式电压互感器铁磁谐振及抑制

验。

前言

电容式电压互感器（简称 CVT是一种十分重要的高压输变 电设备，主要用

做电压测量和继电保护的信号取样装置， 其电容分压器与阻 波器结合且能兼作载

波通讯的滤波装置。它具有绝缘性能好，价格便宜等优点。

还能避免因电磁式电

压互感器与开关并联电容所产生的谐振过电压。因此， CVT

日渐被电网所接受，

在我省110kV及以上变电站的415台电压互感器中 CVT占

206 台。

但是目前我国生产CVT厂家逐渐增多，有些制造厂对某些技

术并没有完全掌

握，生产出厂的CVT在运行中暴露出不少的问题。 最常见的

问题是发生自身谐振。

严重的CVT自身谐振事故，导致 CVT损坏并退出运行。

1、国内采用的几种阻尼装置的工作机理

1. 1CVT的自身谐振机理

CVT本身的等值电路中就含有电容和非线性电感。具有发生

除等冲击时，过

渡过程中产生的过电压会使中间变压器的铁心出现饱和， 励 磁电感Lm呈非线性

下降，回路的固有频率

上升（Lm为中间变压器励磁电感,C为等值电容）可达到额 定频率的 1／ 2，1／3，

1/5……；此时，可能

出现某一分数次谐波振荡，最常见的是 1／3 次谐波振荡， 假如回路中不存在阻

尼，或阻尼参数不当。由于电源不断地供给能量，分数次铁 磁谐振就会持续下去，

谐振过电压的幅值可能达到额定电压的 2〜3倍。这个非真 实的电压信号传到

次测量仪表和继电保护装置， 将导致误指示或误动作， 此外 持续的过电压作用，

将危害互感器的绝缘。因此CVT在制造时，必须设置阻尼装 置，以抑制铁磁谐振，

否则不能投入运行，这是电力部反事故措施一再强调的。

1．2 几种阻尼装置的优缺点

1．2．1 纯电阻阻尼器

纯电阻阻尼器在剩余电压绕组的输出端长期接入固定电阻， 这种阻尼装置结

构简单，过去老式CVT使用较多。其缺点是功率消耗较大， 影响测量准确度和 串联谐振条件。

电磁式电压互感器引发铁磁谐振原因及消谐措施分析

近年来，在35kV及以下中性点不接地系统中，电磁式电压互感器饱和引发的铁磁谐振过电压，熔断压变熔丝，烧毁电压互感器，甚至是系统事故案例恨多。那么，一起了解下系统中的电压互感器有什么作用？

电压互感器主要是用来给测量仪表和继电保护装置供电，用来测量线路的电压、功率和电能等，对电力系统很重要。

根据电压互感器行业市场运行的数据现状，了解到配电网电压互感器使用类型占比如下图。

由于电磁式电压互感器存在铁芯，在励磁特性曲线中，当施加的励磁电流增加，而激励出电压值增加幅度较小或不变，出现拐点。 即随着励磁电流的增加，激励出的电压变化很小或不变（在这过程中电感是下降），称为PT的饱和特性。电压互感器的空母线突然合闸、系统发生单相接地故障。在这两种情况下,电压互感器一次电流都会出现很大的励磁涌流;使电压互感器一次电流增大60倍左右,造成电压互感器饱和，从而诱发电压互感器产生过电压。

电压互感器发生铁磁谐振时系统的线电压指示不变,还可能引起其高压侧熔断器熔断,造成继点保护和自动装置的误动作，不仅会给电压互感器造成损害，严重时还可能影响电网安全运行。通常情况下发生铁磁谐振时会产生以下危害：

（1）在一次熔断器尚未熔断时;可能使电压互感器烧毁。

（2）在一次熔断器熔断时,则无法读取系统的正确电压值。

系统发生铁磁谐振，通常采用以下消除措施：

（1）当只带电压互感器的空载母线产生基波谐振时;应立即投人一个备用设备,改变电网参数,消除谐振。

（2）当发生单相接地产生电压互感器分频谐振时,应立即投人一个单相负荷。由于分频谐振具有零序性质,故此时投人三相对称负荷不起作用。 （3）铁磁谐振造成电压互感器一次熔断器熔断或电压互感器烧毁，应加装KLMP系列流敏型消谐器和KLMP系列微机消谐装置，消除铁磁谐振，使电压互感器的正常运行。

综上可知，35kV及以下中性点不接地系统中，选用全绝缘电磁式电压互感器加装KLMP系列流敏型消谐装置，有效防止铁磁谐振过电压，确保设备安全运行。

电压互感器的铁磁谐振及消谐措施分析

对电压互感器铁磁谐振产生的危害、原因、现象进行阐述，提出了各种有效的电压互感器消谐措施，并对其原理和优缺点逐一进行分析、比较。

标签：电压互感器；铁磁谐振；消谐

1 概述

电力系统是一个复杂网络，其中存在着许多感性或容性的元件，电感元件包括发电机、变压器、消弧线圈、电抗器、电压互感器等，电容元件包括输电线路、电容补偿、高压设备的杂散电容等。各种电感、电容元件在电力系统中形成不同的LC振荡回路。在正常工况下，电力系统稳定运行不会出现振荡。在外界的激发条件下，比如进行某种倒闸操作或系统发生故障时，电网参数发生变化达到某种特定匹配，系统就可能发生谐振。例如中性点不接地系统中，由电压互感器和线路对地电容之间、受电变压器和相间电容之间构成的振荡回路，在发生单相接地故障时都有可能激发谐振发生。电压互感器这类带铁芯的电感元件，在正常工作电压下铁芯工作于线性区，磁通密度并不高，在过电压下铁心会迅速饱和，电感值随之减小，从而与电容匹配发生谐振，这时的谐振称作铁磁谐振。

铁磁谐振过电压可以在3～220千伏的任何系统中发生，特别是在35千伏及以下的电网中，很多内部过电压事故都是由铁磁谐振引起的。铁磁谐振引起的过电压持续时间长，甚至可能长期存在，严重威胁系统安全。

2 铁磁谐振产生原因及现象

电压互感器谐振回路是由电压互感器的非线性电感和电网对地电容构成的。电压互感器带有铁芯，容易出现饱和现象，电感值会随着电流或磁通的变化而变化。正常运行时，电压互感器的感抗很大，远大于电网对地电容的容抗，此时不具备谐振条件，系统保持稳定状态。在外界的激发条件下，如单相接地故障突然消失、线路合闸、雷电冲击等，可能造成互感器励磁电感饱和，感抗降低，与电网对地电容匹配激发谐振。

由电压互感器铁磁谐振造成的过电压，因为不同的网络参数和外界激发条件，大致可分为三类：工频谐振过电压、高频过电压、分频谐振过电压。发生工频谐振过电压时，其现象表现为两相（饱和相）对地电压升高，一相（非饱和相）对地电压降低，该现象类似于单相接地故障。对于高频谐振或分频谐振，其特点是三相对地电压同时升高。