关于10kV电压互感器铁磁谐振及消谐措施的探讨

陆耀良

（平果供电公司 广西百色 531400）

关于10kV电压互感器铁磁谐振及消谐措施的探讨

陆耀良

（平果供电公司 广西百色 531400）

本文主要对针10kV电压互感器铁磁谐振特点与机理进行分析，探讨相应的消谐措施，根据实际情况选择合适的消谐方式，确保电网可以安全正常的供电，从而保障用户需求，为用户提供安全有效的服务。

10kV；电压互感器；铁磁谐振；消谐

目前，10kV电力系统多采用不接地运行方式，这种运行方式在系统发生单相接地时，允许一定时间内带故障运行（一般2h），因而提高了供电可靠性。但是由于电网的不断发展，电网系统内部电阻、电容、电感的不断变化，极易造成过电压与铁磁谐振，对于电磁式电压互感器来说，会造成PT高压熔丝熔断，此种故障最为常见；严重者致使PT过热烧毁与绝缘击穿。由于10kV电力系统中目前很多采用的是电磁式电压互感器，在遇到导线、母线的接地短路、雷电与大风时没有及时采取解决措施，容易引起谐振，从而引发过电压，导致电压互感器被烧毁，这样也就容易造成设备事故、停电事故等。因此需要相关人员深入分析，寻找消谐的措施，确保供电安全与可靠。

1 铁磁谐振形成机理与特点

1.1 铁磁谐振形成机理

在电力正常运行的过程中，TV的工作主要处在线性区域，且励磁的感抗比较大，三相电基本保持平衡，在中性点的位移电压比较小。如果在某些因素的扰动下，一旦系统单项的接地故障或者空载母线的突然合闸消失等，电力系统中就会产生三相不平衡的过电压，电压互感器中高压的绕组磁就会出现饱和，而且饱和的程度存在差异，其中零序的回路从图1（a）中可以看出，经过简化以后可以获得图1（b）。U0是零序的电压，TV中三相并联等值电感为L0，而3C0是线路对地的电容，回路损耗的电阻为R0。待3C0和L0满足固定振荡的频率，会在系统中出现谐振现象。一旦谐振形成，其谐振状态能够自动保持，过电流与过电压会持续地存在，一直到新干扰改变谐振条件才能够消除。

图1 磁谐振回路与等值电路

1.2 铁磁谐振特点

H.A.Peterson使用模拟试验来研究铁磁谐振，其中试验结果从图2中可以看出，Exg是相电压的有效值，而XCD=l/（ωC0）为每相线路对地的容抗，从图2中可以看出：

图2 励磁电感伏安特性的曲线与谐振的区域图

（1）励磁电感伏安的特性越好，证明铁芯也就越不容易饱和，而且谐振区域也会向右边移动，也就是谐振所需阻抗参数XCD/XLe值也就会越大。

（2）阻抗和谐振区域比XLe/XCD之间有着直接的关系：①在1/2次的谐波谐振部位，其抗阻比XCD/XLe大约是0.01～0.08。②在基频谐振的区域，XCD/XLe大约在0.08～0.8之间。③在高频谐振的区域，抗阻比XCD/XLe大约是0.6～3，而且线路对地的电容过小或是过大，都能够脱离谐振的区域，从而不再出现谐振。

通过谐振区域划分能够准确判断出铁磁谐振特性，但由于铁磁谐振影响的因素比较多，以上数据虽然可以在某些数据条件下进行相关试验，并获取试验结果，这种结果只有参考的价值，无法用来准确判断系统铁磁谐振情况。此外，近些年来，很多学者在研究中发现，如果线路对地的电容加大，XCD/XLe就会超出谐振的区域，也就不会产生铁磁的谐振。另外高频谐振过电压比较严重，已经超过了设备绝缘的水平，但是高频谐振产生线路长度的范围比较小，不容易出现在实际的工程中。

2 10kV电压互感器的铁磁谐振消谐对策

2.1 降低同一中网络并联中TV的台数

在同一个电网中并联运行互感器的台数逐渐增多，总伏安的特性就会变得比较差，电压下励磁感抗也会逐渐变小，导致TV趋近饱和，从而出现谐振。所以降低电网中电压互感器的数量可降低谐振发生的概率，或者说电源侧的绝缘监视采用TV高压侧的中性点保持接地，而其他部位TV尽量不能接地的方式也可以降低发生谐振的概率。

2.2 选择电容式电压的互感器（CVT）

目前电容式电压互感器的技术已经达到较高水平，且运作维护比较容易、价格也比较低，因此现在在很多工业比较发达的国家，也越来越多的应用于电力系统当中。虽然CVT可以避免开关断口和铁心元件电容串联系统铁磁的谐振，但由于CVT内固有谐波谐振与铁磁谐振的问题，在很大程度上会影响到CVT自身运行安全及保护测量精度与可靠性[2]。在10kV系统中，电容式电压互感器的价格还是相对较高，在有限的费用下如何选型还是有待研究。

2.3 在TV一次侧中性点串联消谐器

将复合电阻的消谐器串接到TV一次侧的中性点，可以达到抑制谐波、消耗能量与阻尼作用，这个方式也可以叫做一次消谐，其工作原理从图3中可以看出。

图3 TV中性点的加消谐器图

经研究可以表明随R加大，谐振范围也就会变小，如果电阻条件满足R＞16%XLE时，能够将铁磁谐振彻底消除，其中XLE是TV单相的感抗。如果没有连接消谐器，一旦系统C相出现单相接地，C系统与地相对的电压Ucn等于0。

式中：UBO和UAO分别是Ab两相对低电压，UBC、UAC分别是BC与AC相间线电压，而Uφ是正常系统中相电压，这时候流经AB两相的高压绕组电流是

2.4 TV一次侧的中性点经高阻抗的接地

在三台单相的TV高压侧的中性点并经一台电压互感器接地，这个方式也叫做4TV法。简单的说，就是当有单相接地时，互感器中点对地有相电压，而主PT仍处于正序对称电压之下，互感器电感并不改变，在零序回路中仅有单相电压互感器一种磁化电感，从根本上破坏铁磁谐振的条件。在地方有限的PT柜中，加装一台电压互感器，比较吃力，此种方法最好是针对开关柜厂家在设计时就考虑在内，对于供电企业日后的维护就方便很多了。

2.5 在电压互感器二次侧加装二次消谐器（阻尼电阻）

在电压互感器二次侧开口三角形绕组两端接入阻尼电阻Ro，相当于在电压互感器高压侧Yo结线绕组上并联一个电阻，而这一电阻只有在电网有零序电压时才出现，正常运行时，零序电压绕组所接的Ro不会消耗能量。Ro值越小，在电压互感器励磁电感L上并联电阻就越小，当Ro小于一定值时，网络三相对地参数基本上由等值电阻决定，这时由电压互感器饱和而引起电感的减小不会明显引起电源中性点位移电压。当Ro→0，即将开口三角形绕组短接，则电压互感器三相电感值就变成漏感，三相相等，电压互感器饱和过电压也就不存在了。其局限性是阻尼电阻的容量就要求足够大，当阻尼电阻太小，一方面电阻本身可能因过热而烧坏，另一方面，电压互感器也可能因电流过大而烧损。

2.6 在电压互感器二次侧加装微机消谐装置

在电压互感器二次开口三角绕组加装微机消谐装置，当判断为存在工频位移过电压或铁磁谐振过电压后，单片机就进行消谐程序，发出高频脉冲群，使反并在开口三角形绕组两端的两只晶闸管交替过零触发导通，将开口三角形绕组短接（若系统发生单相接地，则不起动消谐装置），使电压互感器饱和过电压迅速消除。由于短接时间极短，故不会给电压互感器带来负担。它的局限性是无法抑制低频饱和电流，适用于电网较小、对地电容不大的场合。

2.7 加装有源滤波器

有源电力滤波器，是采用现代电力电子技术和基于高速DSP器件的数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。它由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。指令电流运算电路实时监视线路中的电流，并将模拟电流信号转换为数字信号，送入高速数字信号处理器（DSP）对信号进行处理，将谐波与基波分离，并以脉宽调制（PWM）信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，驱动IGBT或IPM功率模块，生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网，对谐波电流进行补偿或抵消，主动消除电力谐波。但是价位相对高！

3 结语

综上所述，在不接地的系统中，比较容易发生铁磁谐振，而且故障的类型比较复杂，导致消谐措施选择变成当下一个难题。因此要按照铁磁谐振类型对激发的条件进行归类，然后针对铁磁谐振来制定相应措施，确保电力系统可以正常运行。同时，还要全方面分析现有消谐措施，对各种消谐措施局限性与优点进行分析。首先尽可能选择励磁性比较好的TV，尽可能将并联TV数量减少；其次将消谐器串联到一次侧的中性点上，同时选择合适电阻，这样不仅可以将铁磁谐振的过电压彻底消除，而且还能够控制好分频谐振的过电流，比较适合应用在对地电容比较大、容量较大电网中。

[1]张玲云.中性点不接地系统单相接地时10kV电压互感器损坏原因分析[J].电子制作，2015，23（02）：46.

[2]李国辉.10kV电压互感器高压熔丝频繁熔断的故障分析及预控措施[J].中国新技术新产品，2013，15（19）：74～75.

[3]欧剑洪.浅谈城市配网10kV系统的铁磁谐振[J].科技资讯，2010（28）.

TM451

A

1004-7344（2016）01-0060-02

2015-11-27

陆耀良（1986-），男，助理工程师，本科，主要从事电力行业工作。