铁磁谐振原因分析及预防措施

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。

1、铁磁谐振：电网中大量非线性电感元件（变压器、电磁式电压互感器）在正常状态下，工作在励磁特性的非饱和区，但在暂态过程中（例如由于接地故障或断路器操作），电感工作状态会跃变到饱和区，电感上电压或其中通过电流突然异常上升，这种现象就是铁磁谐振。

2、谐振原因：中性点接地系统的110、220kV变电站母线上，通常连接电磁式电压互感器，因而PT是一种非线性电感元件，当发生断路器或刀闸操作，导致母线通过断路器的均压电容供电时，暂态过程可诱发铁磁谐振，结果引起PT和母线上电压急剧增加，PT中电流大幅上升，导致PT烧毁，外绝缘闪烙或避雷器爆炸等事故。

3、谐振分类：依据谐振电压的频率，铁磁谐振可分为工频、分频、和高频谐振，在中性点接地系统空母线上发生较多的是工频谐振。

下面就发生单相接地时开口三角电压的计算做一下讲解，首先来了解两个概念，大电流直接接地系统和小电流不接地或间接接地系统。

这涉及到不同的接地系统开口三角PT变比的选择不一样，一次侧发生接地时计算开口三角电压的向量图也不一样。

小接地电流系统：中性点不接地或经过消弧线圈和高阻抗接地的三相系统。

在我国划分标准:X0/X1＞4～5的系统属于小电流接地系统。

大接地电流系统：在接地电力系统中性点直接接地的三相系统，一般110kV及以上系统或380/220V的三相四线制系统。

我国标准为：X0/X1≤4～5的系统属于大接地电流系统。

其中:X0为系统零序电抗,X1为系统正序电抗。

浅析铁磁谐振及应对措施摘要铁磁谐振是电力系统自激振荡的一种形式,是由于变压器、电压互感器等铁磁电感的饱和作用引起的持续性、高幅值谐振过电压现象。

首先简述电力系统中性点的接地方式,然后结合我公司中性点不接地系统发生的一起单相接地故障,简要分析铁磁谐振产生的原因,以及应对措施。

关键词电力系统中性点;接地;电压互感器;铁磁谐振1电力系统中性点接地方式电力系统中性点是指线路首端电压所连接的变压器绕组三相接成星形接线时绕组的末端连接点。

电力系统中性点接地是一种工作接地,接地方式通常有中性点直接接地、中性点不接地(绝缘)或经消弧线圈接地等。

1.1中性点直接接地是指电力系统中至少有一个中性点直接或经小阻抗与接地装置相连接。

这种接地方式是通过系统中全部或部分变压器中性点直接接地来实现的。

其作用是使中性点经常保持零电位。

当系统发生单相接地故障时,能限制非故障相对地电压的升高,从而可保证单相用电设备的安全。

但中性点直接接地后,单相接地故障电流较大,一般可使剩余电流保护或过电流保护动作,切断电源,造成停电;发生人身一相对地电击时,危险性也较大。

所以中性点直接接地方式不适合对连续供电要求较高及人身安全、环境安全要求较高的场合。

1.2中性点不直接接地系统是指电力系统中性点不接地或经消弧线圈、电压互感器、高电阻与接地装置相连接。

中性点不接地可以减小人身电击时流经人体的电流,降低设备外壳对地电压,单相接地故障电流也很小,且接地时三相线电压大小不变,故一般不需停电,因此供电可靠性高。

中性点不接地系统发生单相接地时,会引起三相电压不平衡:发生单相一点接地时,由于系统与地未构成回路,所以短路点流过的电流较小,主要为容性不平衡电流;发生单相一点接地时,线电压大小不变且对称,因此仍可继续运行一段时间,但一般规定不超过2小时。

1.3发生单相接地故障的危害单相接地又分为金属性接地和非金属性接地两种:金属性接地相电压为零,其他两相电压升高为相电压的1.732倍。

6kv电力系统铁磁谐振分析摘要：本文针对油田电力生产中，出现铁磁谐振所引发对电压互感器等电力设备的伤害的问题，以铁芯元件非线性的铁磁特性和产生铁磁谐振的理论条件为基础，指出会引发铁磁谐振现象的条件，论述了抑制铁磁谐振产生的机理，并对目前治理谐振的方法进行了总结，提出了治理铁磁谐振较好的方法。

关键字：铁磁谐振；电压互感器；铁芯电感；铁磁特性0 引言铁磁谐振是小电流接地系统中一种内部过电压故障，在6kv配电网络中时有发生。

铁磁谐振是指在有铁芯电感元件在串联回路中的谐振，当有铁芯电感受到所处系统的干扰后，电感值与系统的电容值形成匹配，形成的一种内部过电压的形式，其电压值一般不超过电源电压的3倍。

由于铁磁谐振的发生有一定的随机性和必然性，很难预测铁磁谐振发生的时间，但一旦发生铁磁谐振会引起一定的经济损失。

本文通过对近些年文献资料的研究和总结，借鉴更高电压等级电力系统对铁磁谐振的抑制方法，提出适合6kv电力系统的抑制铁磁谐振的方法。

1铁磁谐振产生的条件和危害1.1铁磁谐振产生的条件在6kv配电系统中，铁芯电感元件主要是变压器和电压互感器。

变压器主要是短路和操作过程中，其励磁电感与电网电容组成串联谐振回路，产生的铁磁谐振过电压。

电磁式电压互感器为了监察变电所的母线电压，变电所都有安装。

电压互感器的一次侧绕组做星型连接，并让中性点接地。

在某些情况下，电压互感器的励磁阻抗与系统的对地电容会形成非线性的谐振电路。

1.2铁磁谐振的危害铁磁谐振会引起的危害有：1、会烧毁电压互感器保险，造成系统误认为低电压，从而造成，系统低电压误动作，造成停电事故。

2、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，必然造成电压互感器烧损。

如果是一体式电压互感器，就需要整体更换，如果是分体式电压互感器，则需要针对所损坏的部位，分项更换，会造成一定的经济损失。

铁磁谐振原因及消谐措施分析发布时间：2021-12-21T10:09:23.006Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第15期作者：刘世杰刘照辉李童刘新宇顾尚鹏[导读] 剖析在外部因素激发下电压互感器发生铁磁谐振的根本原因，分析谐振特性，并制定相应的预防措施。

辽宁红沿河核电有限公司辽宁大连 116000摘要：剖析在外部因素激发下电压互感器发生铁磁谐振的根本原因，分析谐振特性，并制定相应的预防措施。

关键字：铁磁谐振电压互感器中性点不接地系统消谐措施0、引言电压互感器作为电力系统中重要的保护、测量元件，一旦发生故障将造成重大损失；而铁磁谐振又是引发电压互感器损坏的最常见原因，因此在使用电磁式电压互感器时应该采取相应预防措施，以保证电压互感器正常工作，确保电力系统安全稳定运行。

1、谐振条件在中性点不接地系统中，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。

鉴于电磁式电压互感器的非线性励磁特性，电力系统正常运行时电压互感器不会饱和且呈现出很大的感抗。

当系统发生扰动（如投入和断开空载母线、单相接地突然消失、外界对系统干扰或系统操作产生过电压等）时，电压互感器会由于电压上升而达到饱和，电压互感器中的暂态励磁电流急剧增大，感抗下降，并且由于三相饱和程度不同而产生中性点偏移电压。

当系统的容抗和电压互感器的感抗相等或接近时容易发生分频、基频和高频谐振，电压互感器一次绕组电流远大于额定值时，会导致电压互感器高压熔丝熔断，造成电压互感器二次电压消失，引发厂用电切换，同时也易导致电压互感器因过热而爆炸。

当XC / XL＜0.01时，谐振不会发生，当0.01≤XC / XL≤0.1时，会发生分频谐振，而且起振电压很低；当0.1≤XC / XL≤1时会发生工频谐振（基波），XC / XL≥1时进入高频谐振区。

浅谈铁路10kv电力系统中铁磁谐振现象及防范文章对铁路10kv电力系统设备运行中出现的铁磁谐振现象进行研究分析，提出防范措施，以提高电力设备供电可靠性。

标签：铁磁谐振；研究分析；防范措施引言普速铁路10kv电力系统和高速铁路电力配电所调压变压器一次侧中性点不接地，单相接地故障时电流很小，允许运行接地运行2h。

在这种系统中，时常会出现这样一些现象，如：在分、合断路器时，出现瞬时接地信号指示、电压互感器高压保险熔断；在出现单相接地时，电压互感器高压保险熔断或电压互感器烧毁；负载小的时候，出现三相电压指示严重不对称。

这些故障现象很多都是铁磁谐振造成的，为确保供电可靠性，提高信号等重要负荷供电质量，有必要对此进行研究，并提出防范措施。

1 铁磁谐振的原理铁路10kv电力系统中大量存在着有铁心的电感线圈和电容的电器设备及大量电缆，为铁磁谐振的发生创造了条件。

有电感和电容的电路，在一定条件下就会出现谐振。

电容、电感串联的电路，会出现电压谐振；电容、电感并联的电路，会出现电流谐振。

在分、合闸操作时就会引起谐振现象发生。

实际的电力系统电路复杂，不仅是三相的，电容也不一定是明显的电容器，可能是空载电缆线路或架空线路，电感线圈可能是变压器、互感器、电抗器，激发因素也不一定明显。

下面举例说明。

例如：当10kv电力系统发生单相接地时，因铁磁谐振造成电压互感器高压熔断器熔丝熔断。

图1 10KV电力系统接线图图2 等效电路图如图1所示，系统中性点是不接地的，但是电压互感器的中性点是接地的，它的高压绕组与外线对地电容构成L、C并联回路，图中，BI代表变压器的二次绕组，Ca、Cb、Cc代表三相对地电容，La、Lb、Lc代表电压互感器一次绕组，可以看成是带铁心的线圈。

当C相接地时，故障点流过电容电流，该系统的等效电路如图4所示。

因为Cc、Lc被短路，所以图中没有画出，La、Ca组成一个并联回路，两端电压Uca是1.732倍的相电压，在这一瞬间电压突变过程中，电压互感器高压线圈的非接地两相的励磁电流就要突然增大，呈现不同程度的饱和，电压互感器的各相感抗发生变化，各相电感值不相同，中性点位移，产生零序电压。

马钢四钢轧吊车变电所3kV段铁磁谐振的防范措施摘要:马钢第四钢轧总厂吊车变电所3kV段采用中性点不接地运行方式。

在该电网发生某些扰动时,可能会引发电磁式电压互感器的饱和,激发谐振过电压,导致电压互感器高压保险熔断,严重时会使电压互感器烧坏。

根据该变电所实际情况进行分析,采取了相应的预防措施,限制电磁谐振发生的概率,确保供电系统稳定。

关键词:电压互感器谐振措施稳定马钢第四钢轧总厂炼钢吊车变电所3kV段采用单母线分段的运行方式,是中性点不接地系统,主要是给该厂炼钢区域的加料跨、精炼跨以及接受跨行车滑线供电,电压互感器采用的是电磁式三相五柱式,型号为JDZX9-3,电压互感器为三线圈,一次侧为星形接法,中性点接地;二次侧一绕组也为星形接法,中性点接地;二次侧另一绕组接法为开口三角,PT变比为3/√3/0.1/√3/0.1/3,当该变电所3kV母线的一段或二段出现单相接地时,该段母线上的电压互感器可以将零序电压的信号反馈给继电保护装置,由继电保护装置会发出接地的报警信号。

该供电系统虽然在发生接地故障时能够发出报警信号,但是如果系统的对地容抗和互感器饱和时的励磁电抗达到一定的比例时,就会发生铁磁谐振,产生的过电压也会发出故障信号,同时因为该型号电压互感器的伏安特性较差,发生铁磁谐振时,电压互感器的三相电流将达到励磁电流的数十倍甚至上百倍,此时极易造成电压互感器线圈过热烧毁事故。

1 铁磁谐振由铁芯的非线性电感元件和系统的电容元件组成,由于铁芯的电感原件具有饱和现象,使回路电感参数成为非线性,这种含非线性电感元件在满足一定的谐振条件下会产生谐振,这种谐振称为电磁谐振。

在中性点不接地系统中,如果不考虑线路的有功损耗与相间电容;仅考虑PT的电感L与线路的对地电容CO当CO大到一定值时,PT不饱和时,XL＞Xc,而当PT上加的电压大到一定数值时,PT的铁芯饱和Xl ＜Xc,这样就构成了谐振的条件。

谐振的区域与阻抗比XC0/XL有直接关系:1)分频谐振阻抗比约为0.01～0.08,谐振特点是三相电压依次轮流升高,超过线电压,一般不超过2倍相电压,三相电压表指针在相同范围出现低频摆动。

PT铁磁谐振故障的处理和预防电力系统的故障除短路、接地、振荡以外，不可忽视的一个故障即为PT铁磁谐振，近年来，由于电力事业较快发展，各等级电压线路不断加长增多，PT 的数量亦随着增多，因铁磁谐振而烧毁的数量亦不断增加，所以PT的保护问题值得一提。

(１) 故障原因的产生：在电网中应用的PT，大多数无消谐装置，仅以熔丝保护，由于其固有特性，在系统参数突变，线路接地等因素诱发下，极易引起铁磁谐振过电压。

(２) 仪表反应：当PT发生铁磁谐振时，①常有三相电压同时升高，且不正常。

②如因接地诱发而谐振，除本级PT发出系统接地信号以外，上一电压等级PT因电压不平衡也会发出接地信号。

(３) 危害：PT发生铁磁谐振后，产生非工频过电压反馈到一次系统，破坏电压质量，增加损耗，产生干扰，更主要的是过电压击穿PT绝缘，使其烧毁。

(４) 故障处理：根据信号及仪表指示，正确判断PT谐振。

① 当三相电压同时升高很多，此时严禁使用刀闸切除PT，因此时过电压很高使用刀闸切除PT会造成三相弧光短路，烧坏刀闸，伤及人身，严重时，造成母线短路，烧毁母线。

② 考虑用上一级断路器切除PT。

③ 检查PT有无异常现象。

(５) 消谐方法：由于PT谐振现象由出现到产生高压时间很短，当运行人员判断延误时，可能将PT烧毁，所以必须实施自动保护且无时限，以限制吸收谐振过电压，从而保护PT，其保护吸收电路如附图所示：取R＝，Uｅ—为额定电压，Ｉｅ—为额定电流。

Ｓ击穿值为PT耐压允许值，尽量低一些。

保护原理：当PT发生谐振过电压后，间隙Ｓ击穿，由R将过电压限制在额定电压，从而保护PT。

该装置同时对PT因匝数多切换时产生的自感高压电势起到抑制作用，对雷电侵袭波起限幅作用；也可作为有消谐装置PT的后备保护，设备简单可靠，作用明显。

1 概述6～35kV中性点不接地电网中的电磁式电压互感器(以下简称PT)有二个相关问题需解决：a.PT的铁磁谐振产生的过电压常使设备内绝缘击穿、外绝缘放电，且常因事故处理不及时或事故扩大而造成大面积停电；b.电网中的弧光接地使PT频频烧毁。