电磁式电压互感器铁磁谐振及治理方法

摘 要：针对小电流不接地系统故障特征，分析了电磁式电压互感器铁磁谐振的特点以及过电压原理，阐述了谐振所引起的相关危害，并針对性提出了相关治理方法。

关键词：电磁式电压互感器；铁磁谐振；过电压；治理措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.19.174

1 引言

电磁式电压互感器目前被广泛应用于35kV以及以下电压等级中性点不接地配电网中，其将一次侧高电压转换为低电压供保护系统、计量系统以及相关测控装置使用。当系统中发生单相接地故障时，能够允许最长带接地运行2小时，有可能使得电压互感器铁芯饱和，从而满足铁磁谐振条件而产生过电压，轻则导致高压限流熔断器故障，重则造成互感器绝缘损坏或过热损毁。

2 铁磁谐振产生机理

谐振本身属于回路振荡现象，同时伴随过电压，直到系统运行状态发生改变，谐振条件受到破坏，否则可能长时间存在。根据谐振过电压性质不同，一般分为线性谐振过电压、参数谐振过电压以及铁磁谐振过电压。对于不接地系统，由于电磁式电压互感器的存在，使得铁磁谐振发生最为频繁，大量含铁芯的电感在外加电压作用下表现出非线性运行状态。

在系统发生单相接地故障时，在故障点会流过较大的电容电流，非故障相对地电容则在线电压的作用下，充满大量电荷。而在单相接地故障消失的瞬间，故障点的电流通道被切断，而非故障相电压需要从线电压下降至相电压，此时非故障相对地电容积累的电荷只能从互感器一次侧绕组对地进行放电，也就是互感器一次侧绕组中性点。这一过程中会对互感器一次绕组产生较大的冲击电流，对于励磁特性不好的互感器来说，会导致铁芯短时内严重饱和，进而引发铁磁谐振并产生高电压，严重则会造成互感器与避雷器击炸，对电网设备、人身安全以及可靠供电造成较大影响[1]。

3 铁磁谐振分类

电磁式电压互感器发生铁磁谐振一般可表现为两种形式：一种情况下由于系统发生断线、间歇性弧光接地故障时，因铁芯饱和导致的铁磁谐振及过电压；另一种情况下当变压器空载合闸对母线充电时，电磁式电压互感器的一次侧绕组同母线对地电容之间形成振荡谐振条件，从而导致过电压。

不接地系统正常运行，线路对地电容与电磁式电压互感器一次绕组之间感抗形成并联回路，由于等效感抗一般均较大，电网对地阻抗主要表现为线路对地电容的容抗，此时三相较为平衡，谐振条件不成立。当出现空载合闸或者间歇性弧光接地故障时，由于互感器三相绕组之间不同饱和度，中性点会出现较大偏移电压，满足谐振条件时，将会引起谐振过电压。

根据铁磁谐振发生频率不同，可分为基波谐振以及谐波谐振。其中基波谐振也称为工频谐振，谐波谐振又可分为分频谐振与高频谐振，分频谐振主要是1/2、1/3、1/5次谐波引发，高频谐振主要为2、3、5次谐波引发。系统发生工频谐振时，中性点出现偏移电压，且该偏移电压为工频电压，此时系统电压出现一相或两相电压升高并伴随一相电压降低。当发生谐波谐振时，系统中性点偏移电压为谐波电压，会出现三相电压同时升高的异常现象[2]。此外，当电磁式电压互感器发生铁磁谐振时，不仅会造成设备过电压，还会导致互感器开口三角两侧出现较大的零序电压，从而形成接地告警，也就是常见的“虚假接地”现象，对电网正常运行造成较大影响。

已有研究分析得出相应的谐振分类分区，也就是针对系统对地电容容抗与互感器等效感抗之间对应关系，从而表征出系统可能出现的谐振类型，即为H.A.peterson谐振分区理论 [3]。

4 铁磁谐振的治理方法

铁磁谐振的发生与系统初始参数、互感器铁芯饱和特性、激磁电源频率以及电容与互感器绕组接线方式均有关。因此针对谐振产生机理，可分析出相应的防范措施。

（1）选用励磁特性较好互感器。当互感器励磁特性不好时，铁磁谐振情况下铁芯饱和或导致等效电感急剧下降同时零序电流急速上升，对设备绝缘形成较大冲击。在投运电磁式电压互感器之前应进行励磁特性试验，并保证三相互感器均保持励磁特性的一致性，或者选用电容型电压互感器。同时针对小电流接地系统可带单相接地故障运行2小时的特征，选用接地型互感器应要求满足“在1.9倍额定电压的过电压情况下，能够连续运行8小时”特性。

（2）尽量减少负荷侧电磁式电压互感器的运行数量。从谐振分区理论来看，限制铁磁谐振的直接途径是改变谐振条件，在保证系统电压参数获取前提下，保证等效感抗值应越大越好，此时应保证系统运行较少的电磁式电压互感器。在单台互感器励磁特性较好时，若并列运行数量较多，同样会使得综合励磁特性较差，铁磁谐振仍然会出现 。

（3）互感器一次侧加装消谐器。消谐器本质上为一种非线性电阻，其工作原理是串联在互感器一次侧中性点上，在两端低电压情况下设备呈现高阻状态。通过直接改变系统感抗值，使得处于非谐振范围。同时在系统发生单相接地故障时，消谐器承受高电压，非线性电阻下降，不会影响接地保护装置的判断与操作。

（4）小电流系统安装消弧线圈。在系统母线上加装消弧线圈的本质相当于对电磁式互感器的励磁电感上并联消弧线圈等效电感，一般情况下由于消弧线圈等效电感要小很多，并联等效结果相当于将互感器等效电感短路，间接破坏谐振条件，起到抑制铁磁谐振的作用。

5 结论

通过分析铁磁谐振的机理以及分类，治理铁磁谐振的根本措施在于分析铁磁谐振发生原因，并针对性改变谐振发生条件，列举了互感器选择建议、减少铁磁式电压互感器运行数量、一次侧加装消谐器＼加装消弧线圈等治理措施建议，给配电网安全可靠运行提供有效参考。

参考文献：

[1]周默，孙岩洲.电网中性点不同接地方式下铁磁谐振的消谐研究[J].高压电器，2015（01）：80-85.

[2]王盛阳.配电网铁磁谐振过电压的研究[D].浙江大学，2016.

[3]郭凤仪，郑龙飞，张建飞.电磁式电压互感器铁磁谐振特征[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2015，34（06）：750-753.

作者简介：马荣亮（1983-），男，河北隆化人，本科，工程师，从事电厂电气一次设备检修管理工作。