浅谈铁路10kv电力系统中铁磁谐振现象及防范

乔垒

摘 要：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。

关键词：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。由于线路电流持续增大，导致电压互感器铁芯逐渐磁饱和，其电感迅速减小。当电感降到满足L=1/C 时，即具备谐振条件，从而产生谐振过电压，结果引起了串联谐振，使熔断器熔丝熔断，如果电流达不到电压互感器熔丝熔断值，但超过电压互感器允许电流值，导致电压互感器烧毁。个别情况下，由于长时间运行在过电压下，还会引起电缆击穿、避雷器、变压器、断路器的套管发生闪络或爆炸。Lb、Cb组成的并联回路中也有可能出现这一现象。由于接地电弧熄灭时间不同，故障点的切除就不一样。因此，不一定在每次出现单相接地故障时，电压互感器高压线圈中都要产生很大的激磁电流，其高压侧熔断器的情况也有所不同。

2 产生铁磁谐振的因素

运行经验和理论分析表明，铁磁谐振往往是在系统对地电压（相电压）出现不对称或某相电压升高，电压互感器铁心出现饱和而致使系统对地分布电容和电压互感器的激磁电抗达到某种匹配的情况下发生，并且可能发生分频谐振、基频谐振和高频谐振。因此，铁磁谐振经常在某种外部条件的激发下产生，归纳如下：

（1）运行方式方面：电源的中性点不接地；有中性点接地的电压互感器；电力线路运行中有对地电容等。

（2）参数方面的原因：铁心电感的起始值和等效电容组成的电路的自振频率小于并接近谐振频率；非线性电感的变化范围比较大等。

（3）设备方面：电压互感器的铁心过早饱和，即伏安特性不好；断路器三相不同期严重等。

（4）激发因素方面：倒闸操作；系统发生故障，造成电流、电压剧增、外部线路接地故障等。如当配电变压器内部发生单相接地故障时，故障电流通过抗电能力强的绝缘油对地放电，也会产生不稳定的电弧激发铁磁谐振；随意带负荷拉开分支线路隔离刀闸，或带负荷拉开配电变压器的高压跌落保险，造成刀闸间弧光短路而引发谐振。

3 防范措施

下面几种方法应根据谐振的具体原因区别采取，方法有：

（1）改变系统谐振条件：如在电压互感器的开口三角上接一个电阻；在母线上接入一定大小的电容器，使设备参数不满足谐振条件。

（2）选用伏安特性好的抗饱和电压互感器。

（3）改变引起铁磁谐振的倒闸操作顺序，严格按照规程规定的倒闸操作程序进行，送电时先送电源侧开始，停电时从负荷侧开始。

（4）保证贯通线各回路三相合闸的同期合闸，可以减少谐振的诱因，降低谐振发生的概率。目前断路器基本采用三相合闸同期性较好的断路器。

（5）发生铁磁谐振时（根据电压监视），可以迅速投入空载线路，如主供所发生铁磁谐振，投入备供所，改变系统参数值，达到消除谐振的目的。

4 结束语

10kv电力系统谐振一旦发生将造成设备烧毁，造成设备停电，严重影响设备的安全可靠运行，必须根据设备情况进行科学分析，采取切实可行合理有效的消谐措施，才能保证电力设备的安全可靠供电。

参考文献

[1]焦晓平，覃小芳.铁路10kv电力贯通线铁磁谐振的探讨[J].铁道运营技术，2000.06.

[2]刘肖杰，张剑.铁路中性点不接地系统铁磁谐振产生的原因及特点[J].电气开关，2004.06.