电压互感器铁磁谐振的发生原因及防范措施Word下载.docx

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由图2可见，曲线的起始一段接近直线，其电感相应地保持常数。

当激磁电流过大时，铁芯饱和，则L值随之大大降低。

正常运行时铁芯工作在直线范围，当系统中出现某些波动，如电压互感器突然合闸的巨大涌流、线路瞬间单相弧光接地等，使电压互感器发生三相不同程度的饱和，以至破坏了电网的对称，电网中性点就出现较高的位移电压，造成工频谐振或激发分频谐振。

2、铁磁谐振的特点

对于铁磁谐振电路，在相同的电源电势作用下，回路可能不只有一种稳定的工作状态。

电路到底稳定在哪种工作状态，要看外界冲击引起的过渡过程的情况。

TV的非线性铁磁特性是产生铁磁谐振的根本原因，但铁磁元件的饱和效应本身，也限制了过电压的幅值。

此外回路损耗也使谐振过电压受到阻尼和限制。

当回路电阻大于一定的数值时，就不会出现强烈的铁磁谐振过电压。

串联谐振电路，产生铁磁谐振过电压的的必要条件是ω0=1/L0C＜ω。

因此铁磁谐振可在很大的范围内发生。

维持谐振振荡和抵偿回路电阻损耗的能量均由工频电源供给。

为使工频能量转化为其它谐振频率的能量，其转化过程必须是周期性，且有节律的，即…1/2（1，2，3…）倍频率的谐振。

铁磁谐振对TV的损坏，铁磁谐振（分频）一般应具备如下三个条件。

1、电磁式电压互感器（TV）的非线性效应，是产生铁磁谐振的主要原因。

２、TV感抗为容抗的100倍以内，即参数匹配在谐振范围。

３、要有激发条件，如投入和断开空载母线、TV突然合闸、单相接地突然消失、外界对系统的干扰或系统操作产生的过电压等。

　　由前面分析可知，事故中具备了3个条件，才导致了此次事故。

当良站10kV系统发生单相接地时，故障点流过电容电流，未接地的两相B、C相电压升高31/2，对系统产生扰动，在这一瞬间电压突变过程中，TV高压线圈的非接地两相的励磁电流就要突然增大，甚至饱和，由此构成相间串联谐振。

饱和后的TV励磁电感变小，系统网络对地阻抗趋于感性，此时若系统网络的对地电感与对地电容相匹配，就形成共振回路，激发各种铁磁谐振过电压。

尤其是分频铁磁谐振可导致相电压低频摆动，励磁感抗成倍下降，产生过电压，过电压幅值可达到近2~3.5Ue以上，但此过电压达不到避雷器的动作电压1.7kV，故母线避雷器并未动作。

同时，感抗下降会使励磁回路严重饱和，励磁电流急剧加大，电流大大超过额定值，据试验，分频谐振的电流可达正常电流的240倍以上，导致铁芯剧烈振动。

TV是在这样大的电流下运行，使本身的温度也迅速升高，当热量积累到一定程度，干式TV中大量绝缘纸、绝缘介质会受热气化，体积急速膨胀，而存放绝缘纸、绝缘介质的干式互感器内部空间有限，当压强积累到一定程度时便产生了TV爆炸。

3、铁磁谐振频率区域的判别（分频、高频……）

电力网中发生不同频率的谐振，与系统中导线对地分布电容的容抗Xc0，和电压互感器并联运行的综合电感的感抗Xm，两者的比值Xc0/Xm有直接关系。

Xco视具体情况而定，架空线路Xco＝350×

31/2/L，kΩ/km；

电缆Xco＝10×

变压器线圈对地电容的容抗Xc0一般取600～1000kΩ。

其中L为线路长度，单位km。

Xm为由电压互感器的二次侧感抗100V/I折算到一次侧的感抗。

其中I为二次侧的实际测试电流。

3.1分频谐振

当比值Xc0/Xm较小（在0.01～0.07）时发生的谐振是分频谐振。

电容和电感在振荡时能量交换所需的时间较长，振荡频率较低，表现为：

过电压倍数较低，一般不超过2.5倍相电压；

三相电压表的指示数值同时升高，并周期性摆动，线电压正常。

3.2高频谐振

当比值Xc0/Xm较大（在0.55～2.8）时发生的谐振是高频谐振。

发生高频谐振时线路的对地电容较小，振荡时能量交换较快。

表现为过电压倍数较高；

三相电压表的指示数值同时升高，最大值可达到4～5倍相电压，线电压基本正常；

谐振时过电流较小。

3.3基频谐振

当比值Xc0／Xm接近于1时，发生谐振的谐振频率与电网频率相同，故称之为基频谐振。

其表现为：

三相电压表中指示数值为两相升高、一相降低，线电压正常；

过电流很大，往往导致电压互感器熔丝熔断，严重时甚至会烧坏互感器；

过电压不超过3.2倍相电压，伴有接地信号指示，称为虚幻接地现象。

当Xc0/Xm≤0.01或Xc0/Xm≥2.8时，系统不会发生铁磁谐振。

在不同的谐振区域，谐振的外施触发电压是不同的。

分频谐振区谐振外施电压为最低，在正常额定电压下系统稍有波动就可触发谐振。

而高频谐振区的谐振外施电压最高。

在同一谐振区域内不同的Xc0/Xm比值下，谐振的最低外施触发电压（临界值）也是不同的。

良站10kVTV二次侧的实际测试电流为19A，则TV的感抗Xm=100V/I=5.2MΩ。

出线总长为：

95.034km，10kV线路电容值为0.004μF/km，良站10kV出线的容抗比情况如表2所示。

根据表1良站线路和TV的参数Xc0/Xm数大于0.01且小于0.07，说明在系统扰动时（如发生单相接地时）良站是有可能出现铁磁谐振的，且其中主要是分频谐振。

4、防止铁磁谐振的措施

电网的不断发展使线路参数发生变化，铁磁式电压互感器的大量使用，使电网产生铁磁谐振的可能性增大。

所以，为了使电网安全可靠供电，必须采取有效措施防止铁磁谐振的发生。

防止铁磁谐振的产生，应从改变供电系统电气参数着手，破坏回路中发生铁磁谐振的参数匹配。

这样既可防止电压互感器发生磁饱和，又可预防电压互感器铁磁谐振过电压的产生。

4.1改变电气参数

4.1.1装设继电保护设备

当电网发生单相接地故障时，为改变电压互感器的谐振参数，可通过装设一套继电保护设备来实现。

该装置是利用单相接地时所产生的较大谐振电流，启动电流继电器投入，将电压互感器二次侧开口三角处绕组短接。

当故障排除后，保护装置恢复原状，电压互感器恢复正常运行。

4.1.2选用不易饱和的或三相五柱式电压互感器

10kV系统中使用的电压互感器，应选用励磁感抗大于1.5MΩ的电压互感器。

4.1.3减少电压互感器台数

在同一电网中，应尽量减少电压互感器的台数，尤其是限制中性点接地电压互感器的台数。

如变电所的电压互感器，只作为测量仪表和保护用时，其中性点不允许接地。

4.1.4串接单相互感器

在三相电压互感器一次侧中性点串接单相互感器，使三相电压互感器等值电抗显著增大，以满足Xc0/Xm≤0.01的条件，可避免因深度饱和而引起的谐振。

4.1.5每相对地加装电容器

此法可使网络等值电容变小，网络等值电抗不能与之匹配，从而消除谐振。

4.1.6在中性点装设消弧线圈

在10kV系统中发生谐振，且单相接地电流值较大或接近30A时，可将中性点通过消弧线圈接地。

4.1.7投入备用线路

当系统中只有一组电压互感器投入的情况下，若供电线路总长度较短时，可投入部分备用线路，以增加分布电容来防止谐振的发生。

4.2消耗谐振能量

4.2.1在TV开口三角形侧并联阻尼电阻

当电网运行正常时，电压互感器二次侧开口三角处绕组两端没有电压，或仅有极小的不对称电压。

当电网发生单相接地故障时，由于此电阻阻值较小，故绕组两端近似于短接，起到了改变电压互感器参数的作用。

这一措施不仅能防止电压互感器发生磁饱和，而且能有效地消耗谐振能量，防止产生谐振过电压。

此方法常用在要求不太高的变电站，如消谐电阻采用电灯泡或电阻丝，当其损坏后将不会有消谐作用；

当系统发生单相接地时，在开口三角侧将产生100V的电压，而由于电灯泡或电阻丝的冷态电阻是较小的，这将在TV开口三角侧流过较大的电流引起TV损坏。

4.2.2在电压互感器一次侧中性点与地之间串接消谐电阻R0（又称消谐器）

此电阻可用以削弱或消除引起系统谐振的高次谐波。

模拟试验表明：

当R0/Xm≥5．51×

10－3时，即使系统发生单相接地故障，也不会激发分频铁磁谐振。

但阻值太大，则会影响系统接地保护的灵敏度。

消谐电阻R0的计算。

先测出各电压互感器二次侧的励磁感抗Xm，求出各电压互感器并联后的Xm值，再折算至一次侧，即为系统总的Xm。

R0的值应在0.0088～0.0500Xm间选择。

R0的容量可按P0＝U20/R0=（3R0Uφ/Xm）2/R0来选择。

消谐电阻应按电压互感器中性点处串接R0后，用开口三角处电压UΔ的变化量ΔUΔ％来校验。

ΔUΔ％=（-ΔU％）＞5%

UΔ％=1/6（3R0/Xm）2（1＋2Xm/Xj）×

100％

式中Xj——电压互感器在Uj下的励磁电抗。

选择消谐器应选择通流500mA以上的铜材产品。