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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。
电磁式电压互感器发生铁磁谐振的危害及解决措施发表时间：2016-11-09T09:25:29.473Z 来源：《电力设备》2016年第16期作者：程新恒张献红[导读] 谐振的危害非常大必须采取措施加以解决。
在常村变10KV电压互感器一次侧加装消谐器后再没有发生谐振现象。
（国网河南叶县供电公司河南平顶山 467200）摘要：电力系统中电磁式电压互感器由于激磁特性的非线性，当系统进行操作及发生故障等造成电压发生波动时，一旦满足电网感抗等于容抗条件时便发生串联谐振，产生谐振过电压。
且过电压倍数高，持续时间长。
轻者造成电磁式电压互感器熔丝熔断、电压互感器烧毁、重者造成电网设备绝缘损毁、相间短路、保护装置误动作等，因此必须采取措施，加装一次消谐器。
破坏谐振发生条件，预防谐振发生。
关键词：电磁式电压互感器谐振；危害；处理引言电力系统中一些电感、电容元件在系统进行操作或发生故障时可形成各种串联振荡回路，在一定的能源作用下，导致系统某些元件出现严重的过电压，给电网安全稳定运行带来不利影响，这种现象称为串联谐振现象，由于电磁式电压互感器激磁特性的非线性，当电压发生波动使网络中感性阻抗等于容性阻抗时，便产生串联谐振过电压。
这种谐振过电压统称为铁磁谐振过电压。
特别是遇有激磁特性不好（易饱和）的电磁式电压互感器及系统发生单相对地闪络或接地时，更容易引发谐振过电压。
轻者令到电磁式电压互感器的熔断器熔断、匝间短路或爆炸；重者则发生避雷器爆炸、相间短路、保护装置误动作等严重威胁电力系统和电气设备运行安全的事故。
一、铁磁谐振发生的原因电路是电流流通的路径，在具有电阻、电感和电容的电路里，对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗。
阻抗常用Z表示，是一个复数，实部称为电阻，虚部称为电抗。
电抗呈现感性或容性，电力系统正常运行时，电抗呈感性，当长距离输电且负荷较小时或系统投入电容器较多时则电抗呈容性。
而一旦，虚部为零（感抗等于容抗），即阻抗完全为电阻时，就构成了触发谐振的条件，谐振便产生了。
浅谈10kV系统产生谐振过电压原因及控制对策摘要在10kV配电网中，常常发生电磁式电压互感器烧毁的现象，其原因都是因为某些故障或者不正常运行致使电压互感器内的铁芯饱和，诱发铁磁谐振的产生，致使电压互感器内部产生过电压，过电流，严重威胁电力系统的安全运行。
本文通过对配电系统电压互感器频繁损坏的现象，简要阐述铁磁谐振的现象与机理，产生的条件，提出了控制谐振过电压的措施，与大家交流学习。
关键词铁磁谐振；过电压；防范措施引言长期以来，电力系统铁磁谐振过电压严重威胁着电网的安全运行，在10kV 系统中，电磁式电压互感器引发的铁磁谐振过电压导致的设备事故时有发生。
这种过电压持续时间长，对系统的安全运行构成很大威胁，轻者可导致电压互感器烧损，高压熔丝熔断及匝间短路或爆炸；重者发生避雷器爆炸、母线短路等事故。
本文通过对配电系统电压互感器频繁损坏的现象，简要阐述铁磁谐振的现象，产生的条件及防范措施，总结了针对此类故障采取防范措施的一些运行经验。
1 铁磁谐振过电压产生的机理[1-2]目前，我国企业在35kV或者是其以下的配电网，有许多都是采用中性点和不接地的方式进行运行的，因此其中的很大一部分选用的都是比较传统的消线圈完成接地。
因此在其具体进行运行的问题可以看出，中性点的不接地系统，会受到电压的互感器铁心饱和使得铁磁谐振过的电压相对多一些。
中性点不接地运行方式的电力系统单相接地后，两相电压瞬时升高，三相铁心受到不同的激励而呈现不同程度的饱和，电压互感器各相感抗发生变化（各相电感值不同），中性点位移，产生零序电压。
由于线路电流持续增大，导致电压互感器铁心逐渐磁饱和，其电感值迅速减小，当满足ωL=1/ωC时，产生谐振过电压。
在发生谐振时，电压互感器一次励磁电流急剧增大，使高压熔丝熔断。
如果电流尚未达到熔丝的熔断值，但超过了电压互感器额定电流，长时间处于过电流状况下运行，可造成电压互感器烧损。
电力系统中存在着许多非线性感性元件，如发电机、变压器、电压互感器等，这些感性元件和系统中存在的分布电容组成复杂的LC振荡回路，有可能激发铁磁谐振产生过电压。
电磁式电压互感器铁磁谐振产生及治理方法摘要：电磁式电压互感器大量应用于35kV及以下中性点不接地电力系统中，铁磁谐振在电力系统中的频发导致电磁式电压互感器烧损，严重时甚至发生爆炸事故。
本文主要针对某330kV变电站发生铁磁谐振导致电磁式电压互感器烧损并进一步导致主变进区短路使主变绕组烧损进行分析，且对电压互感器发生铁磁谐振的原因及防止措施提出可行性意见，保证电网安全稳定运行。
关键词：电磁式电压互感器、铁磁谐振、消除措施1、引言随着电网高速发展，电磁式电压互感器作为保护与计量设备广泛应用于35kV 及以下电压等级的中性点不接地系统中。
但系统中发生单相接地故障或者开关开断操作时，电磁式电压互感器等电磁元件与电网系统中电容元件以及线路对地电容等形成谐振回路，系统中产生能够激发铁磁谐振的谐振频率。
变电站35kV及以下系统大量安装电磁式电压互感器，然而由于电磁式电压互感器电磁特性，经常发生铁磁谐振，导致电压互感器烧损，严重时甚至发生爆炸事故。
本文结合实际事故进行原因分析，并提出相应的预防治理措施。
2、事故现象及初步结论2.1 事故发生过程某日03时10分40秒，某330kV变电站#1主变低压侧35kV#1电容器#3561开关动作合闸，#1主变三侧电压无异常。
03时25分19秒030毫秒，35kV#1电容器#3561开关动作分闸，#1电容器组退出运行，35kV I段母线三相电压发生畸变，故障录波显示最大电压幅值达到56kV如图1所示。
35kV#1电容器、#2电容器、#1所用变保护报频率异常、装置报警。
该过程持续到03时48分52秒910毫秒，故障持续时间为23分34秒。
图1 #1电容器组退出运行后电压开始畸变03时49分24秒794毫秒，#1主变35kV侧C相电压互感器断线，发生35kV I母C相单相接地故障，35kV#1电容器、#2电容器、#1所用变保护报频率异常、03时49分24秒814毫秒，#1主变保护装置运行异常。
电磁式电压互感器谐振分析及抑制措施研究(江建明四川省电力工业调整试验所610072) 电力系统接地系统为直接接地系统和不接地系统。
直接接地系统易发生并联谐振，不接地系统在单相接地时易发生串联谐振，有并联电容器的断路器易发生串联谐振。
长期以来，电力系统谐振过电压严重威胁着电网的安全。
特别是对中性点不接地系统，铁磁谐振所占的比例较大。
随着电网的日益发展，中性点直接接地系统的铁磁谐振问题越来越严重，出现的概率也越来越大。
近年，在四川发生过多次铁磁谐振引起过电压的案例，应引起高度重视。
本文将介绍产生铁磁谐振的机理、原因、现象以及应采取的措施。
1．产生铁磁谐振的原因铁磁谐振存在三种情况：直接接地系统对地电容引发的铁磁谐振；不接地系统的单相接地引起的铁磁谐振；断路器端口并联的电容形成的铁磁谐振。
电力系统中许多元件是属于电感性的，如电力变压器、互感器、发电机、消弧线圈为电感元件，而线路各导线对地和导线间既存在纵向电感又存在横向电容，这些元件组成复杂的LC震荡回路，在一定的能量作用下特定参数配合的回路就会出现谐振现象。
由于铁芯电感的磁通和电流之间的非线性关系，电压升高导致铁芯电感饱和，极易使电压互感器发生铁磁谐振。
在中性点不接地系统中，如果不考虑线路的有功损耗和相间电容，仅考虑电压互感器电感与线路的对地电容C，当C大到一定值且电压互感器不饱和时，感抗X L大于容抗X C；而当电压互感器上电压上升到一定数值时，电压互感器的铁芯饱和，感抗X L小于容抗X C，这样就构成了谐振条件，下列几种激发条件可以造成铁磁谐振：（1）当投入电力系统的电力线路长度发生变化时，线路对地电容与线路电阻发生改变。
如空载线路投切操作，对空母线充电，尤其是短母线进行倒母线时，易产生对地电容引起的并联谐振。
（2）当系统运行状态突变，在暂态激发条件下，TV铁芯饱和，其电感量L处于非线性变化。
如有线路瞬间接地，雷电感应侵入电网，尤其系统出现单相接地，易产生串联谐振。
电力系统中存在着许多储能元件，当系统进行操作或发生故障时，变压器、互感器等含铁芯元件的非线性电感元件与系统中电容串联可能引起铁磁谐振，对电力系统安全运行构成危害。
在中性点不接地的非直接接地系统中，铁磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压是常见的，是造成事故较多的一种内部过电压。
这种过电压轻则使电压互感器一次熔丝熔断，重则烧毁电压互感器，甚至炸毁瓷绝缘子及避雷器造成系统停运。
在一定的电源作用下会产生串联谐振现象，导致系统中出现严重的谐振过电压。
1、电压互感器引起铁磁谐振的发生原因分析在中性点不接地系统中，为了监视对地绝缘，母线上常接有Y接线的电磁式电压互感器，如图1所示，图中u0为电源电势，C为线路等设备的对地电容，L为电压互感器激磁电感，R0为中性点串联消谐电阻。
在正常运行状态下电压互感器励磁感抗很大，其数值范围在兆殴级以上且各相对称。
C数值视线路长短而定，线路愈长容抗愈小，即以1 km线路而言，其每相对地电容约0.004μF ，故其容抗小于1 MΩ，所以整个网络对地仍呈容性且基本对称，电网中性点的位移电压很小,接近地电位。
但电压互感器的励磁电感随通过的电流大小而变化，其U-I特性如图2所示。
由图2可见，曲线的起始一段接近直线，其电感相应地保持常数。
当激磁电流过大时，铁芯饱和，则L值随之大大降低。
正常运行时铁芯工作在直线范围，当系统中出现某些波动，如电压互感器突然合闸的巨大涌流、线路瞬间单相弧光接地等，使电压互感器发生三相不同程度的饱和，以至破坏了电网的对称，电网中性点就出现较高的位移电压，造成工频谐振或激发分频谐振。
2、铁磁谐振的特点对于铁磁谐振电路，在相同的电源电势作用下，回路可能不只有一种稳定的工作状态。
电路到底稳定在哪种工作状态，要看外界冲击引起的过渡过程的情况。
TV的非线性铁磁特性是产生铁磁谐振的根本原因，但铁磁元件的饱和效应本身，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。
电磁式电压互感器的谐振及主要限制方法
摘要：电压互感器是母线上的重要元件，电磁式电压互感器引起铁磁谐振后，其介质击穿或爆炸都会导致母线故障，防止PT谐振应引起高度重视。
文章对电磁式电压互感器引起铁磁谐振的原理进行了分析，并就河北南网发生的一起铁磁谐振现象提出了限制措施。
关键词：电压互感器；谐振；分析；措施
在电力系统中引起电网过电压的原因很多，其中谐振过电压出现频繁，其危害性较大。
过电压一旦发生，往往会造成电气设备的损坏甚至发生停电事故。
由于谐振过电压作用时间较长，而且不能用避雷器限制，因此在选择保护措施方面有较大的困难。
为了尽可能地防止谐振过电压的发生，在设计和操作电网设备时，应进行必要的估算和安排，尽量避免形成串联谐振回路，或采取适当的防止谐振的措施。
本文联系一起实际过中压现象对电磁式电压互感器引起的铁磁谐振及限制方法进行了讨论。
1电磁式电压互感器引起铁磁谐振的原理
电压互感器通常接在变电站或发电机的母线上，其一次绕组接成星型，中性点直接接地，因此各相对地励磁电感L1，L2，L3与母线对地电容C0间各自组成独立的振荡回路。
中性点绝缘系统中，接有电磁式电压互感器的母线接线等值电路，见图1，其中E1，E2，E3为三相电源电势。
在正常运行条件下，励磁电感L1＝L2＝L3＝L0，故各相对地导纳Y1＝Y2＝Y3＝Y0，三相对地负荷是平衡的，电网的中性点处在零电位，即不发生位移现象。
但是，当电网发生冲击扰动时，例如开关突然合闸，或母线发生瞬间弧光接地现象等，都可能是一相或两相的对地电压瞬间提高。
现在假定，由于扰动的结果，A 相对地电压瞬间提高，这使得A相互感器的励磁电流突然增大而发生饱和，其等值励磁电感L1相应减小，以致Y1≠Y0，这样，三相对地负荷不平衡，中性点发生位移电压，根据基尔霍夫第一定律，可以得出：
导纳Y
1决定于励磁电感和C
的大小，如果正常状态下的，
那么扰动结束使L
1
减小，可能使新的。
在这种情况下，总导纳∑
Y 1显著减小，位移电压UN显著增加。
如果参数配合得当，扰动后的∑Y
1
可能接
近于零，这就产生了严重的串联谐振现象。
图2中H．A．Peterson曲线研究了产生各种谐波振荡的条件，其中
为系统每相的容抗；Xm为电压互感器的单相绕组在额定线电压作用下的对地励磁电抗；Ex是电压互感器事故前的运行相电压是电压互感器的铭牌线电压。
从图2可以看出，随着比值的增大，依次发生分次谐波、基波和3次
谐波的谐振，同时所需的Em也逐渐增大。
当小于0.01或远大于1时，便消
除了谐振的条件。
所以在考虑运行方式和系统操作时，力求改变电力网中的电感电容之比，以避免形成谐振条件。
2电磁式电压互感器引起铁磁谐振的实例及分析
近年来河北南部电网曾发生过多起由变电站母线PT引起的铁磁谐振现象，虽未产生严重后果，但确实存在隐患。
严重的铁磁谐振过电压可引起PT爆炸，变电站母线停电事故。
2000年7月500 kV沧西站启动过程中，就曾发生铁磁谐振现象。
2．1 谐振产生过程
沧西站35 kV系统方式正常如图3所示，35k V＃2母线上接有3组电容器、两组电抗器及母线PT。
按照沧西站启动计划，最后进行35 kV系统投运。
值班人员执行省调命令，合上＃2主变的312开关后，发现三相线电压为37．8 kV，数值稳定。
相电压应为21．8 kV，但实际上A、B、C三相对地电压分别升高到25 kV、27 k V、25 kV，且表针摇摆，PT开口三角3 U0电压为73 V。
现场值班人员发现异常后拉开312开关，并对35 kV系统一二次设备进行了详细的检查，发现一二次设备及表计均无异常。
后又带60 000 kVA电抗器组再合312开关，现象同上。
经过现场初步分析，从现象上判断是在空冲母线时发生谐振。
退出电抗器，在开口三角加60 W灯泡，仍未消除谐振。
2．2 谐振分析
沧西站35 kV母线结构满足串联铁磁谐振发生的条件，即谐振是由带铁芯的非线性电感元件（电压互感器）和电容元件（母线对地电容）构成的回路产生；其次312开关的合闸冲击是谐振的诱发因素。
2．2．1 35 kV母线对地电容计算
沧西站35 kV母线数据见表1。
根据电磁场理论中的“镜像法”原理，考虑大地影响后，每相的对地电容为：
其中，H1、H2、H3及H12、H23、H31为各导线与镜像导线之间的距离，DjP为三相导线之间的几何均距。
对于水平布置方式，如线间距离为D，则DjP＝1．26 D。
RD为导线
的等值半径，对于双分裂导线，，R为每根导线的计算半径，S jP为分裂导线的几何均距。
计算中将槽形导线按截面面积等效为直径Φ＝113 mm的圆形母线，相应数据带入上式，分别计算各段母线对地电容，结果为：CA＝2．096 9×10－3μF，CB＝2．072 8×10－3μF，CC＝2．161 1×10－3μF，在工频状态下，三相对地容抗为：XA0＝1．52MΩ，XB0＝1．54 MΩ，XC0＝1．47 MΩ。
2．2．235 kV母线PT励磁电抗及电感计算
该站使用的35 kV母线PT为JDJJ2－35 W2型电磁式电压互感器，变比为35kV 0.1kV//0.1kV/，该型互感器的伏安特性如表2。
取U=69.3V时的数据并折合到高压侧，计算空载励磁电抗及电感量：
2．2．3谐振类型的确定
在上式中由于受提供的测量数据所限，XmA不是额定线电压100 V下的励磁电抗值，从PT铁芯的饱和特性可知，在额定线电压100 V下的励磁电抗值将小于在69．3 V下的励磁电抗值，因此XA0／XmA的比值会大于0．06，对照图2，该比值处于分频谐振范围内。
在谐振状态下测得开口三角电压为73 V，它与工频电压叠加的结果使得三相对地电压的有效值同时升高至Ux：
实际测量三相对地电压，A、C相为25 kV，B相为27 k V，与上述计算结果基本一致。
在空合母线时录取波形见图4。
2．3 谐振的危害
如果发生的是分频谐振，其特征是过电压并不高，但流过电压互感器绕组的电流很大，可达30～50倍，所以常常使电压互感器因过热而爆炸。
这次谐振虽未造成对变电站设备及电网安全运行的严重危害，但直接影响了整个沧西站的按时启动，进而影响了500 k V工程的进度。
同时为了研究和解决问题花费了大量的人力和物力，更换电压互感器也造成了一定的经济损失。
2．4 谐振的解决
在谐振发生后通过将35 kV母线电磁式电压互感器更换为电容式电压互感器，解决了铁磁谐振的问题。
电容式电压互感器对地呈现容性，从根本上失去了谐振的基础。
这样就不会再发生因扰动使励磁电流突然增大而发生饱和的现象，从而防止了铁磁谐振现象的发生。
电容式电压互感器除具有电磁式电压互感器的作用外，还可以兼做耦合电容器，与电力系统载波机相连，做高频载波通道使用。
由于电容式电压互感器的冲击强度高、造价比电磁式电压互感器低，又能有效的的防止变电站母线对地电容与变电站母线PT之间的铁磁谐振现象。
所以，目前电容式电压互感器已广泛应用在220 kV及以上的电力系统中，以取代电磁式电压互感器。
3其它限制铁磁谐振的方法
其他防止谐振的措施还有：
a．给母线充电时采用线路及母线一并充电的方式。
b．给母线充电前先切除PT充电后再投入PT，停母线时先切除PT再拉开开关。
c．采用先进的消谐装置，如消谐器。
d．操作中注意监视母线电压，如电压过高则立即改变方式，合上或拉开引起谐振的开关。
e．在电磁式电压互感器的开口三角形中，加装R≤0.4Xm（Xm为互感器在线电压下单相换算到辅助绕组的励磁电抗），或当中性点位移电压超过一定值时，以零序过电压继电器将电阻投入1 min，然后再自动切除。
4结论
变电站母线电磁式电压互感器与母线对地电容之间在开关分合闸、瞬时接地等电网扰动情况下，构成串联谐振电路，引起铁磁谐振的发生；谐振与母线电容大小，开关分合闸时相位，PT铁芯的V－A特性差异等因素有关；从而引发分频、基频、高频谐波谐振，造成电压升高，电流增大等现象，对电力设备的安全稳定运行造成极大危害。
因此在一定条件下应考虑采用电容式电压互感器，并在操作中做好防止电压互感器发生铁磁谐振的措施，当谐振发生时应立即采取相应措施，消除谐振。
