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）

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[1]。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[2]。

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LU、LV、LW，与其并联的电容C0代表该相导线和母线的对地电容。C0与励磁电感并联后的导纳为YU、YV、YW。

在正常运行条件下，励磁电感LU=LV=LW，故YU=YV=YW，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

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(b)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[3]。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

2.1 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，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PT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PT的感抗XL严重下降，这样就和线路或母线对地电容XC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，已对线路充入电荷，这部分电荷在中性点不接地系统中，只能对电压互感器的高压绕组电感线圈放电，而流入大地，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至烧毁PT。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间电容，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本无电压，如果在端口上接入电阻R,R不消耗能量，当系统因单相接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型等值电路的二次侧短路。

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，而其低压线圈则串入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[]。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，如有观点认为，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。

[1]刘晖.浅析电力系统铁磁谐振过电压[J].江西电力，2006.

[2]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[J].青海电力，2003.

[3]凌子恕.高压互感器技术手册[M].北京:中国电力出版社,2005.

[4]郭景武，张荣新.消谐装置在电力系统中的应用分析[J].天津电力技术，2005年增刊.

[5]黄建硕.铁磁分频谐振过电压的产生、危害及措施[J].电工技术应用，2007.