关于接地型电压互感器的铁磁谐振分析

颜旭辉

（江苏省常州供电公司金坛县域检修分公司，江苏 常州 213200）

0 引言

在电力系统中，电压互感器的应用范围极其广泛。其功能主要体现在3个方面：（1）电压变换［1］，电压互感器的主要功能在于将电力系统中的高压电转化为标准的低电压，用于电力测量仪表对电力系统的电能、电压的测量；然后电压互感器可以与继电保护设备一起配合使用，从而确保电力系统中的电气设备的安全运行。（2）隔离高电压，电压互感器可以将电力系统的高电压与继电器以及测量仪表等二次设备进行隔离，进而确保相关的技术操作人员的人身安全。（3）标准化［2］，电压互感器可以将电力系统中的不同高电压转化为标准电压，便于标准的二次设备的应用。本文详细阐述了小电流接地型电力系统中，电磁性电压互感器的铁磁谐振问题，论述了铁磁谐振对电力系统的危害，并提出铁磁谐振的几种解决措施。

1 铁磁谐振的形成

在小电流接地型电力系统中，电力母线、电力回路、电气设备中的接地电容与接地型电压互感器并联，其相应的电气接线图如图1所示。借助于网络变换原理，可以得到等效电路图，如图2所示。

图1 小电流接地型电力系统简化接线图

图2 等效电路图

其入段的复导纳可表示为［3］：

式中，g为线路中的等效电导；bL为线路中的等效感纳；bC为线路中的等效容纳。

由式（2）可知，将图2所示的电路等效为并联电路，其中，电路中发生并联谐振的条件为：

由式（2）可得：

由方程（2）～（6）可知，改变 w、C、L、R1、R2中的任何一个变量，都有可能使电力线路具有满足谐振的条件，同理，我们也可以通过改变变量的参数值来消除线路谐振。

2 电磁性电压互感器铁磁谐振时的绕组电压

电力系统中，电压互感器（开口三角型）的二次接线方式如图3所示，其正常运行时：

图3 电压互感器(开口三角型)的二次接线

因电力系统中，电压互感器存在一定的转换误差，同时电力系统的三相系统对地的非绝对平衡状态，在电压互感器的开口处，可能输出较小的电压，只是其数值极其微小。在电压互感器存在铁磁谐振时，电压中含有多次谐波，以B相回路、1/2次谐波为例，其开口处的电压可表示为［4］：

由式（8）可知，当电压互感器中存在铁磁谐振时，其开口绕组位置的电压会大幅提升，进而发出错误的接地信号。

3 铁磁谐振的危害

铁磁谐振对电力线路的危害主要体现在3个方面：（1）发送错误的接地信号；（2）使电力系统中的电压波形畸变，大幅降低电能质量，网络电压损失也大幅提升；（3）电压互感器发生铁磁谐振时，其铁心的饱和度高，磁通密度大幅提升，其励磁电流也大幅提升，使电压互感器存在因过分发热而被烧毁。

4 铁磁谐振解决措施

就电力系统中的电压互感器的铁磁谐振解决措施，经分析总结，主要有3种，如图4所示。

图4 电压互感器的铁磁谐振解决措施

（1）消谐灯泡、电阻的接入。在电压互感器的开口处，可以采用接入电阻以及消谐灯泡来削弱其铁磁谐振。由方程（1）可知，电阻以及消谐灯泡可以调整电力线路中的R1，进而实现铁磁谐振削弱并消除的目标。（2）微机铁磁谐振消除设备。在电压互感器的开口处，可以并联接入双向晶闸管，同时将电压互感器二次侧的正序、反序、零序电压信号接入到微机铁磁谐振消除设备，集中分析处理。（3）安装消谐器。消谐器是针对于小电流接地型电力系统中的电压互感器发生单相接地时的铁磁谐振现象，该设备用于限制短路电流。消谐器对非接地式的电力系统电压互感器的铁磁谐振无效。

5 结语

在小电流接地型电力系统中，接地型式的电压互感器与电力线路、母线以及对地电容构成并联关系，通过其等效电路分析，若回路中的参数合适，或由于外部原因的影响，电压互感器将与电力线路、对地电容以及母线之间发生并联谐振，对电压互感器构成极大的威胁，为了有效解决电压互感器的铁磁谐振危害，在电力系统设计过程中，需采用一些有效的解决措施，进而确保电力系统的可靠运行。

［1］梅成林，张超树.电压互感器铁磁谐振分析［J］.电网技术，2008，32（S2）：311～313

［2］ Yang Xuezhao,Liu Yiwei.Improvement on secondary connection of the voltage transformer to avoid magnetic resonance in 10kV power supply system［J］.Relay,2006，34（23）：72～75

［3］ Yang Binwen,Li Wensheng.Causes of PT ferroresonance and countermeasures［J］.Electric Power Automation E-quipment,2010，30（3）：134～136

［4］李洪海，刘啸尘.电压互感器铁磁谐振过电压及防止［J］.应用能源技术，2009（7）：22～26