浅析电压互感器铁磁谐振过电压防范措施

郝飞进

摘要：铁磁谐振简单来说就是电力系统自激振荡的一种形式，是由变压器、电压互感器等铁磁电感的饱和作用引起的持 续性、高幅值谐振过电压现象。系统发生谐振会使电 压互感器电流增大，严重时会损坏母线电压互感器，甚至会导致电压互感器爆炸。

关键词：电压互感器;铁磁谐振;容抗

前言

1铁磁谐振的产生

电压互感器的铁磁谐振常发生在中性点不接地或经消弧线圈接地的电气系统中。铁磁谐振常受到的激发有两种。第一种，电源对只带电压互感器的空母线突然合闸;第二种，系统发生单相接地故障。在这两种情况下，电压互感器一次电流都会出现很大的励磁涌流，使电压互感器一次电流增大60倍左右，从而诱发电压互感器产生过电压。激发铁磁谐振的第一种情况，电源对只带电压互感器的空母线突然合闸时发生基波谐振大约在50zH，根据铭牌给出基波谐振的励磁涌流，可见基波谐振对系统造成 的危害并不大。激发铁磁谐振的第二种情况，系统发生单相接地故障时，如果出现低频率的谐波，则会在电压互感器发生分频谐振，励磁涌流与额定电流比例异常，这时分频谐振产生的励磁涌流对系统的危害极大。

2基波谐振产生现象

基波谐振 的现象主要有两种，其一是两相对地电压升高，一相对地电压降低，或相反，即两相对地电压降低，一相对地电压升高。分频谐振的现象是三相电压同时或依次轮波升高，电压表指针在同范围内低频，在这里的低频主要是指范围在每秒一次左右摆动。电压互感器发生铁磁谐振时系统的线电压指示 不变，还可能引起其高压侧熔断器熔断，造成继点保护和自动装置的误动作。

3铁磁谐振与单相接地故障区别

发生铁磁谐振时，电压互感器的开口三角形出现电压，与单相接地时相同。其主要区别在于铁磁谐振时，互感器开口三角形的端电压uΔ大部分大于 100V，仅有个别情况下小于100V，但此时相电压波动轮流升降;而单相接地时，互感器开口三角形的端电压uΔ最大不超 过100V，高阻接地时还要低，且不波动。

4电压互感器铁磁谐振的消除方法

4.1改选具有性能优势的电压互感器元件

通常情况下，电力系统当中所出现的谐振现象，主要表现为单相接地以及空母线突然合闸等结构环境，大部分励磁 性能较差的电压互感器设备，在发生谐振环境的电路当中，会首先呈现出铁芯工作点变化的趋势，并快速进入到饱和区，此时如果系统内部的参数相当，就会发生大规模谐振。为了能够改变电力系统环境，提高电压互感器的应对能力，需要针对电压互感器的励磁性能进行调整。励磁性能较高的电压互感器能够在电力系统当中对励磁电感进行抑制，从而实现对于谐振过程中所产生电压的控制。笔者建议，对于励磁性能不佳的电压互感器设备，可以更换为电容式电压互感 器，以此来提高其励磁特性，防范铁磁谐振事故的发生。

4.2设定高压侧接地方式

在电力系统内部，单相接地需要经过接地开始和接地消 失两个过程，其中系统接地的开始需要经由与地面联通的方式，保证未完成接地的两相电源电路形成通道，而在接地完成之后，整个电力系统的充放电过程，电路无法通过电压互 感器内部的高压绕组实现流通。因此，这种接地方式就能够有效避免电压互感器的铁磁谐振问题。笔者认为通过重新设定高压侧接地方式，可以引导中性点经电阻完成接地，从而实现对于谐振产生条件的抑制。在接地消失之后，原有的金属通道将不复存在，电流的流通则无法借助原有的流通途径完成，此时电流会直接进入到电压互感器的高压绕组当中，受电的高压绕组内部，会依据三相储电电荷进行放电，此时 高压绕组会作为直流源直接与电感线圈进行连接，并发生作用。电压互感器铁芯则会出现深度饱和。这种情况下，其所形成的接地相环境，等同于变压器空载下的突然合闸，并出现了暂态涌流的叠加。为了对其加以处理，可以尝试在高压侧中性点位置安装RO电阻器，借助电阻器实现对于电压互感器产生的电压的分担，避免谐振的产生。

4.3装设消弧线圈

一般的10kV电力系统当中，针对出现的谐振问题以及电压互感器铁磁谐振影响问题，通常可以采用加装消弧线圈 装置来实现抑制。在系统当中，系统内部的中性点通过加装消弧线圈装置的方式，可以实现系统内部电感并联，并作用 于每一相励磁电感当中，同时，消弧线圈设备本身的电感值相比PT励磁电感为低，因此PT等效下所出现的零序电感 短路现象，可以实现对于参数匹配关系的打破，从而实现在源头遏制谐振的产生。在实际应用当中，笔者更倾向于采用补偿法进行消弧线圈的安装，这是由于消弧线圈本身具有较大的电感，在生产环节当中比较复杂，而电感还会造成对于电力系统自身的影响。不过必须强调的是，消弧线圈装置只 适用于10kV电力系统，对于35kV以上的电力系统来说，消弧线圈装置的安装不但不会起到饱和庇振效果，甚至还会造成对于回路的破坏，需要选择其他控制方式。

4.4电力系统操作规范化

规范化的操作也是避免谐振问题影响扩大的重要举措，笔者通过前文的产生原因分析，总结出电压互感器鐵磁谐振的出现除了有电力系统自身装置的问题之外，也包括部分人为因素的影响。因此在进行谐振控制策略的研究时，笔者也提出了基于操作规范化的控制要求。具体来说，操作人员应当注重电路断路器端口、电气元件之间的关系。首先，电容器内部的回路刀闸由于其带断口，因此操作人员不可以对其进行电压互感器母线合闸;其次，该类型的电容器，还不可以直接进行空载母线的切断。在必须进行切断的场合中，操作人员必须首先拉开电压互感器设备，随后在进行母线的偷空。此时，母线偷空可以直接实现对于TV的断开，并在切断作业最终完成后进行基于母线的送电。操作人员在操作过程中还应当注意，母线电压需要在母线操作过程中时刻监视 并进行信息获取。一旦发生电压互感器的铁磁谐振，操作人员需要第一时间完成断路器合闸，切断一切回路电容。同时投入其他线路，破坏谐振产生的环境条件，从而避免因谐振问题造成电力系统设备过电压，影响电力系统及操作人员的人身安全。

结论

综上所述，受变电站电压互感器电压突然变化的影响，极容易诱发铁磁谐振现象，开关合闸、对地电容以及铁芯特 性均是铁磁谐振的影响因素。一旦产生铁磁谐振，会导致电压和电流在瞬间急速升高，对电网的安全运行形成了挑战。因此，应注重改选具有性能优势的电压互感器元件，合理设 定高压侧接地方式，装设消弧线圈，促进电力系统操作规范化，从根源上防范铁磁谐振的产生。

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（作者单位：国网山西省电力公司检修公司）