浅析潘家口电厂铁磁谐振的产生与处理方法

张立春

（国网新源控股有限公司潘家口蓄能电厂，河北唐山064309）

浅析潘家口电厂铁磁谐振的产生与处理方法

张立春

（国网新源控股有限公司潘家口蓄能电厂，河北唐山064309）

针对潘家口电厂开口三角的PT产生铁磁谐振原因、特点及处理方法等进行分析介绍，对采用一次消谐器和二次消谐器来消除谐振的功能进行了介绍，对于其他电厂产生铁磁谐振的处理方法提出解决建议。

铁磁谐振；消谐装置；处理措施

0 引言

在中性点不接地系统中，经常由于电磁式电压互感器的非线性励磁特性和系统对地电容形成匹配，在一定条件下产生铁磁谐振过电压。造成PT保险熔断、烧损，避雷器爆炸，严重地影响了系统安全运行的铁磁共振现象。由于对地电容和互感器的参数不同，可能产生3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不同，如基波共振现象为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。分频谐波共振现象为三相电压同时升高，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倍甚至更高；中性点电压频率大多数低于1/2工频。高次谐波共振现象为三相电压同时升高，中性点有较高电压，频率主要是三次谐波。2009年9月潘家口2号主变低压母线侧，在做机组同期电压核相试验时发生铁磁谐振，将主变低压侧7YH电压互感器A相烧毁。在2009年11月1日3号主变低压母线侧，在做机组同期电压核相试验时发生铁磁谐振。根据后期波形观察分析得出，2号机组发生的是倍频共振，3号机组发生的是基波共振，现结合现场情况，对产生的原因及处理方法进行简要分析。

1 产生铁磁谐振的原因分析

我厂2、3、4号变压器低压侧所装7YH电压互感器正常运行时三相饱和程度基本平衡，且等效电感远大于线路对地电容，故不会形成谐振回路，中性点的位移电压很小，但在某些切换操作或接地故障消失后，三相饱和程度差别很大，它与线路对地电容形成特殊的单相或三相谐振回路，引起中性点出现较大的位移电压，在系统中激发起持续的较高幅值的过电压，即铁磁谐振过电压。运行经验表明，电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振过电压是中性点不接地系统中最常见和造成事故最多的一种内部过电压。两次运行操作过程中产生的铁磁谐振工作通过分析认为，当通过主变向机组充电时，操作步骤为主变低压侧03-9和03-2，03-9甲、03-9乙、03-9丙合闸态，03-3、03-4、03-5等刀闸分闸态，通过03DL向母线出口充电，核对7YH和4YH的同期电压，测量出口开关两端的电压值、同期角度等。其操作过程中的等值电路如图1所示，正好构成了铁磁谐振产生的电路图。通过机变组保护和故障录波器图形可以看出，发生谐振时机端电压明显提高，尤其以A相最高达到了额定电压的1.28倍，频率不规则，是典型的铁磁谐振现象。如图2、图3所示。产生铁磁谐振的现象是三相电压不平衡，一或两相电压升高超过线电压。一般出现谐振现象的消除方法有：

（1）断开充电断路器，改变运行方式。

（2）投入母线上的线路，改变运行方式。

（3）投入母线，改变接线方式。

（4）投入母线上的备用变压器或所用变压器。

（5）将PT开口三角侧短接。

（6）投、切电容器或电抗器。

图1 等值电路图

图2 2号机组谐振时机变组保护录波图

图3 2号机组谐振时故障录波器图

2 消除铁磁谐振的方法比较

为抑制这种电磁式电压互感器饱和引起的零序性质的谐振过电压，一般采取下列几种措施将取得较好效果。

（1）在剩余电压绕组开口三角端子上并接一个电阻R或加装专用消谐器。

（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。

（3）在母线上加装对地电容，使之超过临界值，使回路超过谐振区域。

（4）选用励磁特性较好的（如适当降低铁心磁密）电磁式电压互感器或改用CVT。

（5）将电源变压器中性点经过消弧线圈接地。

以上解决措施3～5对于我厂来说可操作性很差。以下重点分析第1、2类解决措施。但是，任何措施都有其局限性，不是绝对可靠的；采用时还应根据实际条件加以选择。

2.1 措施1-PT二次侧开口三角端子上加装专用消谐器

对于措施1，该方案较为常用，其原理是通过消耗谐振能量来抑制谐振，经验表明，如参数选择适当，在多数情况下能有效抑制谐振。微机消谐装置是放在PT的二次侧(所以也叫二次消谐)消除铁磁谐振的仪器。它与一次消谐器的区别在于微机消谐是一个消谐仪器，具有分析、记录、打印、上传等优势，但也有只能用于室内、消谐范围窄等缺点。电力微机消谐装置是新型智能化电力谐振消除装置，使用简单方便，无需维护，能迅速地消除各种频率的铁磁谐振,准确率高。同时可根据用户需要将相关信息打印或通过通信接口传给上级监控系统，适用于无人值守变电站。

2.2 措施2-PT高压侧中性点经高阻抗（零序互感器或可变电阻）接地

根据以往研究，在电压互感器高压侧中性点接入不同阻值的电阻R0后，可以引起谐振区域的变化，当R0增大时，谐振范围缩小，超过一定值后，将不产生谐振。经理论计算，在运行电压下，若R0≥6%为电压互感器在额定线电压作用下单相绕组的工频励磁电抗），可消除由于电压互感器饱和引起的各种铁磁谐振。

在电压互感器高压侧中性点接入电阻R0，与开口三角端子上并接电阻R一样，能起到消耗谐振能量、阻尼和抑制谐振的作用；此外，还能限制互感器中的电流、减小互感器电压，相当于改善其伏安特性。R0不能太小，否则作用有限；R0也不能太大，否则当发生单相接地故障时，开口三角电压测量准确度降低，影响接地保护正确动作，而此时电压互感器中性点升高，可能危及互感器中性点绝缘（原设计绝缘工频耐压水平5 kV）。

采用非线性电阻消谐器也可以很好地解决上述问题。正常运行时，中性点电压很低，消谐器呈高阻状态，互感器中性点接近不接地状态，且消谐器自身具有隔离直流分量的作用，电压互感器不易饱和，极大地减小谐振发展的概率；当发生单相接地故障时，在中性点位移电压作用下，消谐器进入非线性段呈低阻状态，对互感器测量准确度影响小。

综上所述，结合我厂的实际情况，使用两种处理方式综合应用，即在PT高压侧中性点经非线性电阻消谐器接地，可根据PT的工频励磁电抗、中性点的绝缘水平等参数选择合适的消谐器。同时又在PT二次侧开口三角处加装二次消谐装置，来实现谐振能量的消除。

图4 微机消谐装置的接线图

3 消谐器的选用

二次微机消谐器的选用：

选用微机消谐装置，装置实时监测PT开口三角电压，计算出零序电压4种频率（3分频17 Hz、2分频25 Hz、工频50 Hz、3倍频150 Hz）的电压分量，若有故障发生则判断故障类型、保存故障信息及发出报警信号。若为接地故障，则记录接地故障发生和消除时刻的信息，接地继电器发出报警信号，面板上的接地指示灯点亮；若为谐振，则装置对过电压进行消除动作，同时，装置记录消谐次数，存储相应的事件记录；若连续消谐3次后，谐振仍然存在，本装置判断为PT永久性故障，不再对该路PT进行消谐，永久性故障消失后，恢复消谐功能。

一次消谐器的选用：

我厂采用非线性消谐器。其在应用时工作点直流残压为1 450 V。当R0为30 kΩ时，影响PT开口三角电压降低将小于1%，不影响接地故障指示。PT中性点电压约为2 000 V，不会危及PT中性点绝缘。正常运行时，中性点电压很低，消谐器呈高阻状态，互感器中性点接近不接地状态，且消谐器自身具有隔离直流分量的作用，电压互感器不易饱和，极大地减小谐振发展的概率；当发生单相接地故障时，在中性点位移电压作用下，消谐器进入非线性段呈低阻状态，对互感器测量准确度影响小。

经试验验证，该消谐器允许在系统单相接地工况下持续工作2 h以上。同时，对PT本身而言，即不增加一次线圈也不增加二次开口三角负载。没有发热问题，也没有因发热带来的接线截面改造的顾虑。

充电过程中产生铁磁谐振，是导致我厂电压互感器烧损，危及安全供电的原因之一，在不改变PT形式的情况下，通过加装一次消谐器和二次消谐器，能够有效的避免产生电压震荡现象。能够有效的吸收与消耗谐振能量以抑制谐振的产生，可有效地消除铁磁谐振，杜绝铁磁谐振给一次设备带来的不安全影响，保证电站的可靠经济运行。迄今为止未再发生一起因铁磁谐振造成的事故，保证了电站的安全可靠运行。

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TM864

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1672-5387（2017）12-0027-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.12.011

2017-11-01

张立春（1976-），男，高级工程师，从事水电站运维管理工作。