电磁式电压互感器发生铁磁谐振的危害及解决措施

电磁式电压互感器发生铁磁谐振的危害及解决措施

程新恒张献红

（国网河南叶县供电公司河南平顶山467200）

摘要：电力系统中电磁式电压互感器由于激磁特性的非线性，当系统进行操作及发生故障等造成电压发生波动时，一旦满足电网感抗等于容抗条件时便发生串联谐振，产生谐振过电压。且过电压倍数高，持续时间长。轻者造成电磁式电压互感器熔丝熔断、电压互感器烧毁、重者造成电网设备绝缘损毁、相间短路、保护装置误动作等，因此必须采取措施，加装一次消谐器。破坏谐振发生条件，预防谐振发生。

关键词：电磁式电压互感器谐振；危害；处理

引言

电力系统中一些电感、电容元件在系统进行操作或发生故障时可形成各种串联振荡回路，在一定的能源作用下，导致系统某些元件出现严重的过电压，给电网安全稳定运行带来不利影响，这种现象称为串联谐振现象，由于电磁式电压互感器激磁特性的非线性，当电压发生波动使网络中感性阻抗等于容性阻抗时，便产生串联谐振过电压。这种谐振过电压统称为铁磁谐振过电压。特别是遇有激磁特性不好（易饱和）的电磁式电压互感器及系统发生单相对地闪络或接地时，更容易引发谐振过电压。轻者令到电磁式电压互感器的熔断器熔断、匝间短路或爆炸；重者则发生避雷器爆炸、相间短路、保护装置误动作等严重威胁电力系统和电气设备运行安全的事故。

一、铁磁谐振发生的原因

电路是电流流通的路径，在具有电阻、电感和电容的电路里，对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示，是一个复数，实部称为电阻，虚部称为电抗。电抗呈现感性或容性，电力系统正常运行时，电抗呈感性，当长距离输电且负荷较小时或系统投入电容器较多时则电抗呈容性。而一旦，虚部为零（感抗等于容抗），即阻抗完全为电阻时，就构成了触发谐振的条件，谐振便产生了。这种谐振回路由带铁芯的电感元件（如空载变压器、电压互感器）和系统的电容元件组成，因铁芯电感原件的饱和现象使回路的电感参数非线性，一旦感抗等于容抗时就产生的谐振称为铁磁谐振。

二、电磁式电压互感器工作原理

电压互感器在电力系统中是广泛应用的电力设备，也是按照电磁感应原理工作的电力设备，电压互感器二次回路并联接测量回路、保护回路、计量回路、仪表装置回路的电压绕组等负载，是高阻抗回路，二次电流很小，因此电压互感器工作状态相当于空载运行的变压器。实际上就是一种只降电压的被限定结构和使用形式的特殊变压器。通过电压互感器把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供测量、保护、计量、仪表装置使用，实现高压设备的方便测量。还将高电压与电气工作人员实现隔离，保证了电气工作人员的安全。

电力系统中的电压互感器分为电磁式和电容式。电容式电压互感器是由串联电容器抽取电压，再经变压器变压作为表计、继电保护、安全自动装置等的电压源的电压互感器，电容式电压互感器器可防止因电压互感器铁芯饱和引起的铁磁谐振。由于电容式电压互感器相同电压等级的价格要贵一些，而且在精度方面不如电磁式电压互感器，两者不能替代。所以电力系统中还存在着大量的电磁式电压互感器。

三、电磁式电压互感器发生铁磁谐振的危害

电磁式电压互感器的电感参数的非线性造成铁磁谐振过电压在电力系统发生较多。过电压数值一般不会超过1．5～2．5倍相电压，个别可达3．5倍相电压以上，持续时间长。由于铁芯的磁饱和，电压互感器的一次线圈通过很大的励磁涌流轻者使电磁式电压互感器的高压熔断器熔断、匝间短路或爆炸；重者则发生避雷器爆炸、相间短路、保护装置误动作等严重威胁电力系统和电气设备安全稳定运行的事故。

我公司35KV常村变10KV电压互感器为电磁式电压互感器。频繁出现10KV电压互感器三相高压保险熔断故障，检查测试电压互感器本体及内部均无异常，电压互感器三相高压保险熔断时两相对地电压升高，一相降低，或两相对地电压降低，一相升高。结合主变有功负荷、无功负荷分析，怀疑发生铁磁谐振，电磁式电压互感器很大的励磁涌流，造成其三相高压熔断器熔丝熔断。

35KV常村变10KV侧并有两座水电站，常村变负荷为典型的农网负荷，峰谷差极大，发生谐振时往往在后半夜主变负荷极低甚至水电站发电反送35KV线路时发生，此时35KV线路的容性阻抗远大于感性阻抗，造成线路电压升高，当线路、主变和电压互感器感性阻抗之和等于35KV线路的容性阻抗，满足谐振条件便产生谐振。10kV电网中性点为不接地，母线上Y0接线的电磁式电压互感器一次绕组，成为该电网对地唯一金属性通道。电网对地电容电流通过电磁式电压互感器一次绕组有一个充放电的过渡过程。此时常常有最高幅值达数安培的工频半波涌流通过电磁式电压互感器，此电流将电磁式电压互感器高压熔断器熔丝熔断，如果熔丝选择不当或电流太大熔丝尚未熔断则电压互感器将烧毁。

四、铁磁谐振的解决措施

铁磁谐振的危害非常大，必须加以解决。想要消除铁磁谐振，必须破坏谐振条件，即容性阻抗不能等于感性阻抗，常村变负荷无法改变容性阻抗近似固定，因此只能改变电压互感器阻抗，采取措施为在10KV电压互感器一次侧加装一个消谐器（高容量非线性电阻器）改变容抗与感抗的比值，强制破坏谐振条件。

消谐器其本质是一种高容量非线性电阻器，起到消耗能量、阻尼和抑制谐振的作用，同时电磁式电压互感器一次绕组涌流将得到有效抑制，高压熔丝不再因为这种涌流而熔断。

结束语：

谐振的危害非常大必须采取措施加以解决。在常村变10KV电压互感器一次侧加装消谐器后再没有发生谐振现象。此后在负荷情况相似变电站均在电压互感器一次侧加装消谐器，避免了谐振过电压的发生。随着科技的发展，微机保护的深化，目前出现了通过微机在电压互感器二次回路进行消谐等技术，效果良好，谐振由处理变为预防正在成为现实。

参考文献：

[1]张全元.变电运行现场技术问答[M].北京：中国电力出版社，2003.1