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1、一、概述铁磁谐振是由铁心电感元件，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.电力系统的铁磁谐振可分二大类:一类是在66kV 及以下中性点绝缘的电网中,由于对地容抗与电磁式电压互感器励磁感抗的不利组合，在系统电压大扰动(如遭雷击、单相接地故障消逝过程以及开关操作等)作用下而激发产生的铁磁谐振现象；另一类是发生在 220kV或 110kV变电站空载母线上，当用220kV、110kV 带断口均压电容的主开关或母联开关对带电磁式电压互感器的空母线充电过程中,或切除含保护整组传动联跳带有电磁式电压互
2、感器的空母线时，操作暂态过程使连接在空母线上的电磁式电压互感器组中的一相、两相或三相激发产生的铁磁谐振现象，即串联谐振，简洁地讲就是由高压断路器电容与母线电压互感器的电感耦合产生谐振由于谐振波仅局限于变电 站空载母线范围内，也称其为变电站空母线谐振。二、铁磁谐振的现象1、铁磁谐振的形式及象征1)基波谐振：一相对地电压降低，另两相对地电压上升超过线电压;或两相电压降低、一相电压上升超过线电压、有接地信号发出2分次谐波:三相对地电压同时上升、低频变动3)高次谐波：三相对地电压同时上升超过线电压2、串联谐振的现象:线电压上升、表计摇摆，电压互感器开口三角形电压超过 100V 三、铁磁谐振产生的缘由及
3、其分析:1、铁磁谐振产生的缘由：1） 、有线路接地、断线、断路器非同期合闸等引起的系统冲击2） 、切、合空母线或系统扰动激发谐振3） 、系统在某种特别运行方式下,参数匹配,到达了谐振条件2、串联谐振产生的缘由：进展刀闸操作时，断路器隔离开关与母线相连,引发断路器端口电容与母线上互感器耦合满足谐振条件3、电力系统铁磁谐振产生的缘由分析电力系统是一个简单的电力网络,在这个简单的电力网络中，存在着很多电感及电容元件，尤其在不接地系统中,常常消灭铁磁谐振现象，给设备的安全运行带来隐患,下面先从简洁的铁磁谐振电路中对铁磁谐振缘由进展分析。3。1 简洁的铁磁谐振电路中谐振缘由分析在简洁的 R、C 和铁铁芯
4、电感L 电路中，假设在正常运行条件下,其初始状态是感抗大于容抗,即L1/C)，此时不具备线性谐振条件,回路保持稳定状态.但当电源电压有所上升时,或电感线圈中消灭涌流时，就有可能使铁芯饱和，其感抗值减小,当L=1/C)时，即满足了串联谐振条件,在电感和电容两端便形成过电压,回路电流的相位和幅值会突变，发生磁谐振现象,谐振一旦形成,谐振状态可能“自保持”，维持很长时间而不衰减，直到遇到的干扰转变了其谐振条件谐振才可能消退。3.2 电力系统铁磁谐振产生的条件电力系统中很多元件是属于电感性的或电容性的，如电力变压器、互感器、发电机、消弧线圈为电感元件，补偿用的并或串联电容器组、高压设备的寄生电容为电容
5、元件,而线路各导线对地和导线间既存在纵向电感又存在横向电容,这些元件组成简单的LC 震荡回路,在肯定的能源作用下，特定参数协作的回路就会消灭谐振现象。由于铁芯电感的磁通和电流之间的非线性关系,电压上升导致铁芯电感饱，极简洁使电压互感器发生铁磁谐振。在中性点不接地系统中，假设不考虑线路的有功损耗和相间电容，仅考虑电压互感器电感L 与线路的对地电容 Co，当 C 大到肯定值,且电压互感器不饱和时,感抗 XL 大于容抗 XCo。而当电压互感器上电压上升到肯定数值时,电压互感器的铁芯饱和， 感抗 XL 小于容抗 XCo,这样就构成了谐振条件，以下几种激发条件可以造成铁磁谐振:a。电压互感器的突然投入;
6、 b。线路发生单相接地；c。系统运行方式的突然转变或电气设备的投切； d。系统负荷发生较大的波动；e.电网频率的波动；f.负荷的不平衡变化等。电压互感器的铁磁谐振必需由工频电源供给能量才能维持下去假设抑制或消耗这局部能量,铁磁谐振就可以抑制或消退。在我国610KV 配电网内，发生互感器引起的谐振过电压状况甚为频繁，每到雷雨季节,熔断电压互感器保险的状况频繁发生。3.3 中性点不接地系统铁磁谐振产生的缘由中性点不接地系统中，为了监视绝缘,发电厂、变电所的母线上通常接有 Yo 接线的电磁式电压互感器，由于接有 Yo 接线的电压互感器，网络对地参数除了电力导线和设备的对地电容 Co 外，还有互感器的
7、励磁电感 L,由于系统中性点不接地,Yo 接线的电磁式电压互感器的高压绕组，就成为系统三相对地的唯一金属通道.正常运行时,三相根本平衡，中性点的位移电压很小。但在某些切换操作如断路器合闸或接地故障消逝后， 由于三相互感器在扰动后电感饱和程度不一样而形成对地电阻不平衡，它与线路对地电容形成谐振回路，可能激发起铁磁谐振过电压。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。在实际运行设备中，由于中性点不接地电网中设备绝缘低，线树冲突以及绝缘子闪烙等单相接地故障相对频繁，一般说来，单相接地故障是铁磁谐振最常见的一种激发方式。3。4 中性点直接接地系统铁
8、磁谐振产生的缘由假设中性点直接接地，则电压互感器绕组分别与各相电源电势相连，电网中各点电位被固定，不会消灭中性点位移过电压;假设中性点经消弧线圈接地，其电感值远小于电压互感器的励磁电感，相当于电压互感器的电感被短接，电压互感器的变化也不会引起过电压.但是,当中性点直接接地或经过消弧线圈接地的系统中，由于操作不当和某些倒闸过程,也会形成局部电网在中性点不接地方式下临时运行.在中性点直接接地电力系统中, 一般铁磁谐振的激发因素为合刀闸和断路器分闸。在进展此操作时,由于电路内受到足够猛烈的冲击扰动,使得电感L 两端消灭短时间的电压上升、大电流的震荡过程或铁心电感的涌流现象.这时候很简洁和断路器的均压
9、电容 Ck 一起形成铁磁谐振.四、铁磁谐振对电力系统安全运行的影响通过以上分析，我们就能够明白，当线路发生单相接地或断路器操作等干扰时,造成电压互感器电压上升，三相铁芯受到不同的鼓励而呈现不同程度的饱和，电压互感器的各相感抗发生变化,各相电感值不一样，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渐渐磁饱和,当满足L=1/C 时，即具备谐振条件，从而产生谐振过电压，其造成的主要影响如下：1、中性点不接地系统中，其运行方式的主要特点是单相接地后，允许维持肯定的时间，一般为 2h 不致于引起用户断电.但随着中低压电网的扩大,出线回路数增多、线路增长，电缆线路的渐渐增多，中低压电网
10、对地电容电流亦大幅度增加，单相接地时接地电弧不能自动熄灭必定产生电弧过电压，一般为 35 倍相电压甚至更高,致使电网中绝缘薄弱的地方放电击穿，并且在过电压的作用下极易造成其次点接地进展为相间短路造成设备损坏和停电事故,严峻威逼电网安全运行。2、在发生谐振时，电压互感器一次励磁电流急剧增大,使高压熔丝熔断。假设电流尚未到达熔丝的熔断值，但超过了电压互感器额定电流，长时间处于过电流状况下运行，必定造成电压互感器烧损。3、谐振发生后电路由原来的感性状态转变为容性状态，电流基波相位发生180 反转，发生相位反倾现象，可导致逆序重量胜于正序重量，从而使小容量的异步电动机发生反转现象.4、产生高零序电压重
11、量，消灭虚幻接地和不正确的接地指示。五、常用的消谐方法及优缺点多年来，国内外专家学者对铁磁谐振做了大量争论，在理论分析方面，前人进展了大量卓有成效的工作，说明白这类非线性谐振问题中所蕴含的不同于线性谐振的丰富内容，给我们供给了坚实的理论根底.一般来讲，消谐应从两方面着手,即转变电感电容参数以破坏谐振条件和过吸取与消耗谐振能量以抑制谐振的产生，或使其受阻尼而消逝。下面是常用的消谐方法。1、中性点不接地系统常见的消谐措施1.1 承受励磁特性较好的电压互感器目前,在我单位建变电站电压互感器选型时尽量承受承受励磁特性较好的电压互感器。电压互感器伏安特性格外好，如每台电压互感器起始饱和电压为1.5Ue，
12、使电压互感器在一般的过电压下还不会进入饱和区，从而不易构成参数匹配而消灭谐振.明显， 假设电压互感器伏安特性格外好,电压互感器有可能在一般的过电压下还不会进入较深的 饱和区，从而不易构成参数匹配而消灭谐振.从某种意义上来说,这是治本的措施。但电压互感器的励磁特性越好,产生电压互感器谐振的电容参数范围就越小.虽可降低谐振发生的概率，但一旦发生，过电压、过电流更大。1。2 在母线上装设中性点接地的三相星形电容器组，增加对地电容这种方法，当增大各相对地电容 Co，使 XCo/XL0.01 时谐振区为小于 0。01 或大于 3)回路参数超出谐振的范围，可防止谐振.通过对两种典型伏安特性的铁芯电感进展模
13、拟试验。试验结果说明，谐振区域与阻抗比XCo/XL 有直接关系，对于1/2 分频谐振区，阻XCo/XL 约为 0.010。08；基波谐振区,XCo/XL 约为 0。080。8；高频谐振区，XC0/XL 约为 0。63.0。当转变电网零序电容时，XCo/XL 随之转变，回路中可能消灭由一种谐振状态转变为另一种谐振状态。假设零序电容过大或过小,就可以脱离谐振区域，谐振就不会发生.1.3 电流互感器高压侧中性点经电阻接地，由于系统中性点不接地，Yo 接线的电磁式电压互感器的高压绕组,就成为系统三相对地的唯一金属通道.系统单相接地有两个过渡过程,一是接地时；二是接地消逝时.接地时，当系统某相接地时，该
14、相直接与地接通，另两相对地也有电源电路如主变绕组成为良好的金属通道。因此在接地时的三相对地电容的充放电过程的通道,不会走电压互感器高压绕组，就是说发生接地时电压互感器高压绕组中不会产生涌流,由于已有某相固定在地电位，也就不会发生铁磁谐振.但是当接地消逝时,状况就不同了。在接地消逝的过程中，固定的地电位已消逝，三相对地的金属通道已无其他路可走,只有走电压互感器高压绕组,即此时三相对地电容(零序电 容3Co 中存储的电荷,对三相电压互感器高压绕组电感 L/3 放电，相当一个直流源作用在带有铁芯的电感线圈上，铁芯会深度饱和。对于接地相来说,更是相当一个空载变压器突然合闸，叠加出更大的暂态涌流。在高压
15、绕组中性点安装电阻器Ro 后，能够分担加在电压互感器两端的电压，从而能限制电压互感器中的电流，特别是限制断续弧光接地时流过电压互感器的高幅值电流,将高压绕组中的涌流抑制在很小的水平，相当于改善电压互感器的伏安特性,1.4 电压互感器一次侧中性点经零序电压互感器接地,此类型接线方式的的电压互感器称为抗谐振电压互感器，这种措施在局部地区有成功阅历，其原理是提高电压互感器的零序励磁特性,从而提高电压互感器的抗烧毁力量，已有很多厂家按此原理制造抗谐振电压互感器。但是应留意到，电压互感器中性点仍承受较高电压，且电压互感器在谐振时虽可能不损坏,但谐振照旧存在。1。5 电压互感器二次侧开三角绕组接阻尼电阻,
16、在三相电压互感器一次侧中性点串接单相电压互感器或在电压互感器二次开口三角处接入阻尼电阻，用于消耗电源供给谐振的能量，能够抑制铁磁谐振过电压，其电阻值越小,越能抑制谐振的发生。假设 R=0,马上开口三角两端短接，相当于电网中性点直接接地,谐振就不会发生。但在实际应用中， 由于原理及装置的牢靠性欠佳，这些装置的运行状况并不抱负。二次侧电子消谐装置仍有待从理论、制造上加以完善。在单相持续接地时，开三角绕组也必需具备足够大的容量；这类消谐措施对非谐振区域内流过电压互感器的大电流不起限制作用1。6 中性点经消弧线圈接地,中性点经消弧线圈接地有以下优点：瞬间单相接地故障可经消弧线圈动作消退，保证系统不断电;永久单相接地故障时消弧线圈动作可维持系统运行肯定时间,可以使运行部门有足够的时间启动备用电源或转移负荷，不至于造成被动;系统
