电力系统铁磁谐振的产生及消除措施

谐振产生的原因、分类、危害及防范措施一、谐振的类型一般可认为电力系统中的电容和电阻元件是线性参数，电感元件是非线性参数。

由于振荡回路中包含不同特性的电感元件，谐振有三种不同的类型：1.线性谐振。

谐振回路由不带铁芯的电感元件（如输电线路的电感、变压器的漏感）或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件（如消弧线圈，其铁芯中有气隙）和系统中的电容元件所组成。

在正弦电源作用下，当系统自振频率与电源频率相等或接近时，可能产生线性谐振。

2.铁磁谐振。

谐振回路由带铁芯的电感元件（如空载变压器、电压互感器）和系统中的电容元件组成。

受铁芯饱和的影响，铁芯电感元件的电感参数是非线性的，这种含有非线性电感元件的回路，在满足一定谐振条件时，会产生铁磁谐振。

目前在我国的10kV 系统中，运行着大量的电磁式电压互感器（PT），当出现单相直接接地、单相弧光接地、母线空载时突然合闸等情况时，由于电压互感器铁心电感的非线性，很容易发生谐振。

当PT 一次电感与系统对地电容满足谐振条件时，将产生很高的过电压和过电流，从而引起PT一次熔断器烧毁，甚至爆炸，严重威胁电网的安全运行。

3.参数谐振。

谐振回路由电感参数作周期性变化的电感元件（如凸极发电机的同步电抗在Xd-Xq间周期变化）和系统电容元件（如空载线路）组成。

当参数配合恰当时，通过电感的周期性变化，不断向谐振系统输送能量，将会造成参数谐振。

二、铁磁谐振的特点铁磁谐振是电力系统自激振荡的一种形式，其本质是一种LC振荡，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。

其主要特点为：1、铁磁谐振存在自保持现象。

激发因素消失后，铁磁谐振过电压仍然可以继续长期存在；2、铁磁谐振过电压一般不会非常高，过电压幅值主要取决于铁心电感的饱和程度。

3、谐振回路中铁心电感为非线性的，电感量随电流增大、铁心饱和而下降；4、铁磁谐振需要一定的激发条件，使电压、电流幅值从正常工作状态转移到谐振状态。

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。

浅谈电力系统中的铁磁谐振过电压及消除方法摘要：本文简要分析了电力系统中铁磁谐振产生的原因、现象及对电气设备的危害，并介绍了消除铁磁谐振过电压的常用方法。

关键词：电力系统；铁磁谐振；过电压；电容；电感1 引言电力系统中有许多的电感、电容元件，如变压器、互感器、电抗器、消弧线圈、发电机等的电感，输电线路的对地电容及相间电容，以及各种高压设备的电容。

这些电感，电容元件在特定的参数配合条件下构成振荡回路，当系统进行操作或发生故障时形成谐振现象，从而产生谐振过电压，导致系统中某些电气设备出现严重的过电压而损坏，影响电力系统的安全运行。

2铁磁谐振过电压产生的原因电力系统内，一般的回路都可简化成电阻R、感抗、容抗的串联和并联回路。

铁磁谐振回路由带铁芯的电感元件(如空载变压器、电压互感器)和系统的电容元件组成。

正常运行条件下，感抗大于容抗，即＞，此时电路运行在感性工作状态，不具备线性谐振条件，回路保持稳定状态。

铁磁谐振回路的容抗在频率不变的情况下基本上是个不变的常数，而感抗一般是由带铁芯的线圈产生的，铁芯饱和时感抗会变小。

当电源电压有所升高或电感线圈中出现涌流时，就有可能使铁芯饱和，其感抗值随之减小，当＝时，即满足串联谐振条件，于是发生铁磁谐振[4]。

电力系统运行参数具有随机性，其运行方式灵活，构架比较复杂，容易使系统参数发生变化。

在进行操作或者发生故障的条件下，电力系统中的电容和电抗元件很容易形成振荡回路，尤其是主变压器，电压互感器等有绕组及铁芯的设备在一定的激励条件下，最容易产生电磁耦合现象，进而产生串、并联谐振，引发铁磁谐振过电压。

35kV、10kV系统大多采用中性点不接地方式运行，电网结构相对薄弱，加上电力系统操作频繁，运行方式又多变，很容易导致铁磁谐振过电压。

据有关统计，铁磁谐振过电压导致故障概率高达50% ～ 55%。

铁磁谐振过电压导致故障的严重性可见一般。

铁磁谐振过电压本质上是由于非线性励磁电感与电力系统对地电容所构成的铁磁谐振所引发的电网中性点不稳定现象。

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。

铁磁谐振定义：定义：设备的电容与邻接设备磁饱和电感之间的振荡。

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。

其主要特点为：1、谐振回路中铁心电感为非线性的，电感量随电流增大、铁心饱和而趋于平稳；2、铁磁谐振需要一定的激发条件，使电压、电流幅值从正常工作状态转移到谐振状态。

如电源电压暂时升高、系统受到较强烈的电流冲击等；3、铁磁谐振存在自保持现象。

激发因素消失后，铁磁谐振过电压仍然可以继续长期存在；4、铁磁谐振过电压一般不会非常高，过电压幅值主要取决于铁心电感的饱和程度。

铁磁谐振系统的中性点不接地系统，当系统遭到一定程度的冲击扰动，从而激发起铁磁共振现象。

由于对地电容和互感器的参数不同，可能产生三种频率的共振：基波共振、高次谐波共振和分频谐波共振。

各种共振的表现形式如下：基波共振。

系统二相对地电压升高，一相对地电压降低。

中性点对地电压(可由互感器辅助绕组测得电压)略高于相电压，类似单相接地，或者是二相对地电压降低，一相对地电压升高，中性点有电压，以前者为常见。

分频谐波共振，三相电压同时升高，中性点有电压，这时电压互感器一次电流可达正常额定电流的30～50倍以致更高。

中性点电压频率大多数低于1/2工频。

高次谐波共振，三相电压同时升高，中性点有较高电压，频率主要是三次谐波。

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，电网的中性点处于零电位，即不发生位移现象。

但是，当电网发生冲击扰动时，如开关突然合闸，或线路中发生瞬间弧光接地现象等，都可能使一相或两相对地电压瞬间升高。

如果由于扰动导致A相对地电压瞬间升高，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，三相对地负荷变成不平衡了，中性点就发生位移电压。

如果有关参数配合得当，对地三相回路中的自振频率接近于电源频率，这就产生了严重的串联谐振现象，中性点的位移电压(零序电压)急剧上升。

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。

一．谐振的产生谐振是电场能量（电容）和磁场能量（电感）不断交换的结果，当两者能量相同时，能量交换达到最大值，从外界看这时电压（并联谐振时）或电流（串联谐振时）会达到很高的值。

在高压回路中，由于线路等电气设备对地存在分布电容，再加上电压互感器之类的非线性铁磁元件电感的存在，当系统电压发生扰动，有很大的可能会激发谐振，由于铁磁元件的非线性，这一谐振会进一步增大，使对地产生很高的过电压，这个谐振在电力系统中叫铁磁谐振，当然在中性点接地系统中不存在铁磁谐振。

微机消谐器可以通过电压互感器的二次电压判断系统是否存在铁磁谐振，如谐振存在，则自动接入消谐电阻，破坏谐振的状态，使谐振停止。

一般的消谐器是一个对电压敏感的非线性电阻，同样接在电压互感器二次侧，当二次电压超过一定值时，消谐器电阻值急剧下降，破坏谐振。

微机消谐装置灵敏度高，可将谐振消灭在刚建立的时刻，但装置复杂；消谐器装置简单，但需要到过电压达较大值是才能起作用。

二．各种消谐措施分析1．PT中性点经消谐器和小电阻接地由钟落潭变电站(PT中性点串电阻)全年无一次PT保险丝熔断及各变电站安装消谐器至今无一次熔断来看，其抑制谐波的效果较为明显。

原理图见图2。

中性点串入的电阻等价于每相对地接入电阻，能够起到消耗能量、阻尼和抑制谐波的作用。

在线路单相接地时，由于中性点O对地带有一定电位，故能相应减少非故障相PT绕组的电压，使PT的饱和程度降低，不至于发生铁磁谐振。

但是电阻的接入使PT开口三角绕组输出电压相应降低，会影响接地指示装置的灵敏性。

除了要考虑R≥6%Xm外，还要考虑电阻的热容量。

当直接采用线性电阻时，往往由于电阻元件的容量及绝缘水平选择不当，使引线烧断，电阻烧毁，沿面闪络等。

若采用RXQ-10型消谐器，其内部由SiC非线性电阻片与线性电阻(6～7 kΩ)串接，在低压时呈高阻值，使谐振在初始阶段不易发展起来。

在线路出现较长时间单相接地时，消谐器上将出现千余伏电压，电阻下降至稍大于6～7 kΩ，使其不至于影响接地指示装置的灵敏度，同时非线性电阻片的热容量相当大，可满足放电电流的要求。

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。

铁磁谐振原理和反铁磁谐振的方法张烨李中琴(新乡学院，河南新乡453003)应甩科技睛蓟铁磁谐振是电力系统中一种内部过电压现象。

钦磁谐振过电压是电力系统中的一种非线幢共据现象发生时，系统出现明显的高于额定工作,grx而持续时间较长的电压升高和电位差升高而造成的，使电网的安全运行遭到严重破坏，人身安全受到严重威胁。

因此，研究铁磁谐振的原理和反铁磁谐强的方法至关重要。

￡；c；键阕]铁磁{毒撂；铁磁谐据电压；反皴磁谐振铁磁谐振是一个长期困扰电力系统安全的复杂问题。

它产生的过电压和过电流通常可达到系统设备额定值的数倍而造成损坏，给电力系统安全带来巨大威盼。

在电力系统的振荡回路中，电压互感器是铁心电感元件，如果有某种大扰动或操作，PT(电压互感器)的非线性铁，0嘻先可能饱和，从而与线路和设备的对地电容形成特殊的单相或三相共振国路，激发起持续的、较高幅值的过电压，这就是铁磁谐振过电压。

1铁磁谐振产生的原理铁磁谐振可以是基波谐振、高次谐波谐振、还可以是分次谐波谐振，如图下图f f r-示,，是最简单的电阻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(c-)L>I／06C)，电路T-'-R-备线性谐振的条件，但是当铁心电感两端的电压有所升高时，电感线圈中出现涌流，这就有可能使铁，0饱和，其感抗随之减小，一直可以降到∞L=I／∞C，使之满足串联谐振的条件，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感和电容不是常数，回路没有固定的宇振频率，同样的回路中，既可以产生谐振频率等于电源频率的基波谐振，也能产生高次谐波和分次谐波，因此具有各种谐波振荡的可能性是铁磁谐振的重要特点。

jRL图1铁磁谐振有以下几个主要特点：1)对铁磁谐振电路，在相同的电源电视作用下，回路可能有不兵—种稳定的工作状态，如基波的非诣振状态和谵锈献态。

宅路到底稳定在哪种状态要看外界；中击引起过度过程的情况。

空母线充电导致铁磁谐振的防范与处理摘要：中性点不接地系统中，当发生铁磁谐振过电压，电压互感器铁心饱和，其绕组铁芯励磁电流急剧增大。

当这种过电压发生，会出现虚幻接地现象，给电网的安全运行带来很大的安全隐患。

空母线充电时产生的铁磁谐振就是中性点不接地系统中一种常见的谐振现象，因此有必要引起电网运行人员的重视。

关键词：中性点不接地系统铁磁谐振空母线充电引言在中性点不接地系统中，常常出现铁磁谐振现象。

由于谐振会产生过电压，如不及时处理，可能损坏设备，甚至诱发严重的电力系统事故[1-2]。

空母线充电时，电压互感器铁芯饱和引起的铁磁谐振是中性点不接地系统中常见的一种谐振方式。

1 案例2015年11月25日9时25分，110kV A变电在设备启动过程中，当用1号主变中压侧301开关向35kV空母线充电时，立即引起35 kV母线三相电压不平衡，其三相电压分别为A：28.51kV、B：36.76kV、C：16.13kV，于此同时，A变电站控制室后台机发“母线接地告警”信号，35kV开关室内有周期性“嗡嗡”异常响声。

运行人员经仔细检查，排除了母线单相接地的可能，判断为系统充电过程中产生的铁磁谐振，形成中性点位移电压，引起的虚幻接地现象。

紧接着，运行人员迅速投入空载线路，电压恢复正常，谐振即刻消失。

2 铁磁谐振产生的原理中性点不接地系统中电压互感器接入系统的接线图如图1所示。

当出现激发条件时，电压互感器中暂态励磁电流急剧增大，网络中性点出现零序电压，三相电压互感器中产生零序电流，经电源形成回路，简化等值电路如图2所示。

当Ln与3 C0在某频率下参数值匹配时，得以流通，从而在3 C0上建立，与各相电源电压叠加，产生过电压，维持电压互感器饱和，从而形成持续一段时间的铁磁谐振，出现电压表指示周期摆动现象或报出接地信号[3]。

3 铁磁谐振的防范铁磁谐振产生的根本原因是有铁芯的电感线圈和有电容的电气设备组成一定的电路，且在特定条件下引起谐振。