电压互感器铁磁谐振的产生与消除

王慧楠　王晓卉

摘 要：电力系统的结构可以说是很复杂的，电压互感器铁磁谐振会带来很多危害，其中比较常见的便是烧坏电压互感器，进而导致高压电机跳闸使生产停止，造成不可预估的经济损失。文章通过对电压互感器铁磁谐振的产生原因进行分析，提出了几点措施，以供相关部门参考利用。

关键词：电压互感器；鐵磁谐振；危害；消除措施

1 概述

在电力系统中存在着很多细小但却有强大功能的元件，其中包括电感性的和电容性的。这些不同的电感元件和电容元件会形成LC振荡回路，存在于电力系统的内部。在一般正常运作的时候，电力系统会保持其稳定性，电磁震荡现象不会出现，但是在受到某种特定的刺激时，便会产生电磁震荡的现象，对整个电力系统造成一定的影响，而且如果电磁震荡现象要持续很久，会严重影响整个电力系统的安全。

2 铁磁谐振产生的原因

电压互感器的非线性电感和电网对地电容构成了电压互感器谐振回路。电压互感器的内部结构中有铁芯，很容易出现饱和的现象，随着电流或磁通的不断变化，电感的数值也会渐渐改变。在电力系统处于正常运作的状态下，电压互感器的感抗比电网对地电容的要大很多，不能产生谐振。但是一旦受到了外界的适宜刺激，使感抗降低就会构成产生谐振的条件，从而导致了铁磁谐振的产生。根据网络的参数和外界环境的限制，可以决定电压互感器造成谐振的过载程度，按照影响条件可以分为以下几点：工频谐振引起的过载、高频率谐振所引起过载、不同谐振引起的过载等。当出现工频谐振所引起的过载时，发生的状况可以表现为两种形式，一种是电压比地面电压高，另一种则是电压比地面的电压低，这种表现和单一接地面的连接部位断开十分相似。然而高频谐振所引起的过载和不同谐振引起的过载，它们的表现情况都是相同的：所有的电压都高于地面电压。通过对细节进行研究，我们发现无论是工频谐振还是高频谐振，其过电压的幅值都在额定相电压范围内。在设备保持良好的绝缘功能的时候，它们的谐振不会产生危害。但是分频谐振并不是这样，分频谐振的频率较前两者频率低，会使电流长时间饱和，大电流流过互感器，进而将高压熔断器熔断，也可以产生其他破坏程度更强的损害。换言之，分频谐振最不稳定，破坏能力最强。

3 电磁谐振消除措施

3.1 电压互感器一定要使用高质量产品

高质量的产品对于使用者的体验非常高，所以应该选用高质量的电压互感器，其磁性质量也很高。伏安特是检验一个电压互感器好坏的重要标准，触发谐振的速度需要感抗的快速变化，而低质量的电压互感器是很难进入充分的饱和区的，所以触发谐振效果不好。电压互感器的做工材料和质量越高，产生铁磁谐振的指标范围就越窄，触发谐振的能力越差。换另一个角度来说，这也是解决问题的唯一途径，然而作用效果并不突出。额定磁密是反应互感器感应灵敏度高低的指标，有许多的因素可以制约到互感器的质量和制作过程，例如材料的价格和厂家规模的大小等，所以电磁互感器的质量不会特别灵敏，它的性能也不能随着时间推移而不断上升。

3.2 电压互感器在同一个网络系统中的安装数量影响功能

电压互感器的数量是决定感抗变化幅度的唯一因素，电压互感器的数量越大，网络的敏感功能越差，感抗的变化范围越窄，谐振运动发生概率越大。所以在每一个网络系统里，只能存在一个互感器接地，这个互感器就是电源方向的，其他的互感器都应该除外。如果其他互感器不能除外，就需要把互感器接地的连接位置切断，在客户应用互感器时应该尽可能的保证它们悬空使用，把互感器作为单一作用的装置。

3.3 阻尼电阻在电压传感器中的正确接入方法和部位

阻尼电阻在电压互感器中的正确接入部位是第二个开口的三角形部位，它的真正意义在于在高压那一方向上安装一个电阻。电阻的数值越高，中性点的位移电压由于互感器的饱和而引起的作用就越不显著。互感器的接地方式是单一方向时，第二个开口的三角处就会出现两端的电压为零的现象，这一现象的前提是电阻的数值非常高，电阻的数值不够用时，电阻会因为电流的效应产热过多而损坏，电压互感器随着电阻的发热过多也会发生损坏，因此采用微机消除谐振的装置接入是必须的。当互感器的功能正常时或者接地方式为单一方向时，就不能采用微机去消除谐振，这种故障判断为谐振时，便使正反并联在开口三角两端的两只晶闸管交替过零触发导通，就可以采用降低开口三角两侧电压的方法来解决，需要将两侧电压降至几乎为零，这样就可以消除磁铁的谐振故障。因为减压的时间不会特别长，所以对于互感器的影响也几乎为零。运用微机消除谐振运动也存在很大的漏洞，单一方向接地和谐振的方式的辨别是一大缺点。还包括，长时间运行的间断高电压的通过，可以发生很多次动作电位，这样会使互感器中的电流异常增大，电阻会不断发热，这种故障还可以引起装置的损坏的。

3.4 在电压互感器一次侧中性点经电阻接地

这种方法作为常用消谐方法，也经常被称作一次消谐。在此系统中，电网中仅有的金属性对地通道便是母线PT的一次绕组中性点接地。在单相接地的故障被消除的时候，电网对地电容通过互感器一次绕组中性点有一个充放电的过渡过程。有相关的试验研究表明，此时的电流数值可以达到很高，甚至是会超过电压互感器励磁电流的几百倍。通过前文所述，我们知道，高电流会导致铁磁饱和，造成一系列的故障发生。采用此种方法后，可以有效的减缓电流，保护高压熔断器，抑制铁磁谐振现象的产生，减少经济损失。

3.5 电压互感器一次侧中性点经零序电压互感器接地

探其原理，主要是借一次侧中性点串接的零序互感器来使电压互感器的等值电抗增大，使单项接地故障在消失过程中释放出来的电流得到有效的抑制，这样便有效的规避了铁磁谐振的发生。虽然这种方法很有效，也得到了事实的验证，但是有一点是必须要注意的，当电压互感器中性点仍承受了较高的电压时，很容易产生谐振未消失而电压互感器也保持完好不被损害。

3.6 消弧线圈法

当接地的方式采用穿过消弧线圈中性点的方法时，消弧线圈的电感指标远远小于电压互感器的励磁电感，这样一来便不能达到磁铁谐震发生的阈值而使之不能发生。通过互感器的电流也需要由消弧线圈的指标来决定，这样一来消弧线圈可以间接的保护电压互感器。

4 结束语

铁磁谐振并不是正常现象，而是一种可以引发很多问题的严重故障。要想最大限度地避免谐振带来的危害，就要在初始的设计的环节进行消谐设计，防止或减弱谐振带来的负面影响。文章以上就自己的观点进行了阐述。

参考文献

[1]王庆华.小电流接地系统实验平台研制和实验内容开发[J].实验室研究与探索，2013，32（1）：19-23.

[2]贺秋丽，李如琦，等.铁磁谐振实验开发及其研究[J].电气电子教学学报，2011，33（4）：100-103.

作者简介：王慧楠（1983-），女，籍贯：山东，学历：本科，职称：工程师，研究方向：电力系统关口计量管理。

王晓卉（1976-），女，籍贯：北京，学历：本科，职称：工程师，研究方向：变电站（智能）监控系统调试。