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电压互感器铁芯饱和谐振过电压的解决措施及防
作者：威博特铁芯 发布时间：2019-03-30 15:01:38 浏览次数： 中性点不接地系统的电压互感器，产生铁芯饱和谐振的主要原因是谐振波电源和谐振电路参数的匹配。由于电力系统故障的形式是多种多样的，目前尚无有效措施对谐波电源加以限制，此外由于故障形式的不同，系统谐振参数也是随机变化的。因此，消除10kV系统发生谐振的方法有两种：一种是改变零序网络中Xc与Xm的比值，使Xc/Xm的比值躲过谐振实验曲线的谐振区域，或固定接入电阻，从根本上破坏谐振的基本条件。根据绍特和彼得逊的研究，当Xc/Xm<0.01时，不会发生谐振；当Xc/Xm>0.08时，会出现基频谐振；随着比值的增高，还会出现倍频谐振。但这些谐振所需要的电源电压较高，不会轻易发生，如图4所示。上述变电所发生谐振时Xc/Xm=0.041~0.085，是一种分频谐振现象，所需要的电源相电压的值约为0.01Uxg，因此交易发生。另一种方法是在谐振发生后，自动投入阻尼电阻，破坏谐振得法，制定了以下具体措施。
1、开口三角绕组接入阻尼电阻
运行时间表明，在电压互感器的开口三角绕组接入一个电阻，可以增大回路的阻尼作用，并有效防止或消除铁磁谐振过电压。
开口三角绕组接入电阻如图5所示。当电压互感器发生谐振时，中性点出现位移电压，使三相电压不对称，电压互感器铁芯严重饱和，出现零序磁通，电压互感器高压绕组中将流过零序电流I10，在开口三角绕组两端感应零序电压U20.如果在开口三角绕组两端接入一个电阻R0，将流过零序电流I20，它对高压绕组产生去磁作用，从而抑制了谐振。R0愈小，I20愈大，去磁作用也愈显著。如果将开口三角绕组两端短接，即R0=0，谐振就不会发生。
在图5中，I10=I20/K^2，I20=3*U20/R0，则I10=3*U20/K^2R0 所以 U10/I10=R=R0*K^2/3。
式中：K为电压互感器的高压绕组与开口三角绕组之间的比。
可见，开口三角绕组两端接入电阻R0，就相当于在电压互感器的高压侧每相并联一个（K^2/3）R0的电阻，增大了回路的阻尼率。通过模拟试验，一般来说，消除分频谐振所需要的R0值较小，高频谐振要求的电阻高。因此如果按消除分频谐振的要求来选择电阻，就可同时满足消除基频谐振和高频的要求。故分频谐振和基频谐振的R0确定方式为R0=Xm/K0^2。
从谐振效果来说，希望R0尽可能小些。但是R0太小，系统发生单相接地时，电压互感器漏抗上的压降太大，开口三角绕组两端电压过低，不能满足继电保护的要求。在现场为了电阻的取材方便，同时满足继电保护的要求，3~10kV互感器可采用200~500W普通白炽灯泡作为开口三角电阻。灯泡的钨丝在冷却状态下的温差极大，其电阻呈非线性特性。如500W灯光在冷状态下，电阻仅有7Ω左右，足以消除空母线合闸的谐振现象；单相接地时，三角开口电压约100V，灯泡电阻在100V电压下增至约70Ω，能满足继电保护和互感器热容量的要求。某电厂3kV厂用电系统曾多次发生谐振，造成互感器熔丝熔断，深圳全厂停电事故。在开口三角接入500W白炽灯后立即消除。
但是由于单相接地故障消失时所激发的铁磁谐振现象，由于白炽灯在故障消失前的接地期间因发热电阻已显著增大了，以致有时起不到消除谐振的作用，这是互感器开口三角绕组两端接白炽灯的一个固有缺点。
2、高压绕组中性点经电阻接地
通过试验和运行实践证明+在电压互感器一次绕组和中性点经一个较大的电阻接地，利用该电阻限制互感器绕组中的电流，是防止或消除互感器铁芯饱和谐振的一个有效而简便的措施，见图6。
图6中，当系统C相发生单相接地时，故障点流过电容电流，非故障相A、H的电压升高为线电压，其对地电容C0上充以与线电压相应的电荷。在接地故障期间，此电荷产生电容电流，以接地点为通路，在电源导线和大地间流通，由于互感器激磁阻抗很大，故流过互感器的电流很小。但是，一旦接地故障消除，这个电流通路被切断，而非接地相必须由线电压瞬间恢复到正常相电压水平。由于接地故障已断开，非接地相在接地期间已经充电至线电压下的电荷，就只能通过互感器高压绕组，经其接地的中性点泄人大地。在这一瞬变过程中，互感器高压绕组中将流过一个很大的工频冲击电流，使互感器铁心严重饱和，激发谐振现象。
如果在电压互感器高压绕组中性点串一个足够大的电阻接地，在单相接地故障消失时，就可阻尼流过高压绕组和中性点的冲击振荡电流，使其急剧衰减，避免铁心饱和，防止铁磁谐振的产生。
如果在电压互感器高压绕组中性点串一个足够大的电阻接地，在单相接地故障消失时，就可阻尼流过高压绕组和中性点的冲击振荡电流，使其急剧衰减，避免铁心饱和，防止铁磁谐振的产生。
单纯从消振效果来看，中性点电阻越大越好，若该电阻为无限大，即互感器高压侧中性点不接地，则谐振条件不成立，谐振根本不会发生。但是中性点电阻的选择要受到中性点绝缘水平、电压互感器接地指示的灵敏度、正常电压测量和电网运行方式的限制，不能选择得太大。对于不同电压等级的电网、不同伏安特性的电压互感器，中性点电阻值通过试验确定，一般可控制在10kΩ左右。上述变电所，将每台电压互感器中性点改为经15kΩ电阻接地后，运行多年，消谐振效果良好。
3、用消谐振器消除谐振
消谐振的主要元件消谐管，是具有特异电阻特性的真空器件。它有较高的冷热电阻比率和一定的阻止变化速度。在35kV及以下的中性点不接地电网中，消谐器接在开口三角绕组两端，用以消除电压互感器引起的基频谐振、分频谐振和倍频铁磁谐振，避免虚幻接地信号的出现，防止互感器喷油、避雷器爆炸和电网的停电事故。而在电网正常运行时，消谐管的接入，不影响互感器的准确测量和继电保护的正确运作。
消谐装置由监频环节与消谐环节两大部分构成，其原理接线如图7所示。
注：G为消谐管；2、4、6为消谐管的引出线
消谐管的2、6引出端跨接在电压互感器开口三角绕组上，4、6端用监频继电器JL的常开接点相联。谐振检频回路由检频继电器JL、监频电抗器L和监频电容C三个元件构成，设计为串联谐振25周波。当系统运行正常时，开口三角仅有1个<=5V的位移电压，消谐管处于不工作的冷态，为1个低于1Ω的电阻，此时流过r1的电流不足1A。对互感器没有不良的影响。在空母线合闸、消弧线圈突然断开时，电网可能产生铁磁谐振，将被R0=1Ω所抑制而不能激发起来，即消谐管的冷态电阻R0足以消谐。如果电网发生单相接地，开口三角电压达100V左右，灯丝r1此时的热电阻升到60Ω以上，对电压互感器的测量系统无影响，当单相接地故障消除时，如果出现基频和高频谐振，该电阻足以消除谐振；若为1/2次分频谐振，监频回路呈现出低电阻，电压达到动作电压时，监频继电器动作，常开接点JL闭合，将电阻r2与r1并联，开口三角投入低电阻消谐，分频谐振得以消除。电网恢复正常后，监频回路呈现高阻抗，监频继电器的动作电压也》25周波时的电压，继电器的接点断开。某发电厂厂用6kV系统采用FXG型消谐装置，运行实践表明，消除谐振效果显著，安全可靠。
防止谐振的其他措施还有：
（1）选用励磁特性好的、在线电压下铁芯不易饱和的电压互感器；
（2）选用V接电压互感器或使用电容式的电压互感器；
（3）定期对已运行的电压互感器进行励磁特性试验，发现问题及时解决。
结论
综上所述，开口三角绕组两端接入电阻、电压互感器中性点经电阻接地和采用消谐装置等3中防止谐振措施，都具有简单方便、消谐效果良好、对接地指示灵敏度没有多大影响等优点。但在实际工程应用时，必须通过计算和模拟实验，选择适合本地电网的方案，并受运行实践考验。
比较起来，开口三角绕组接电阻或白炽灯，对于防止带电压互感器投入空载母线引起的谐振较有效，如果谐振是由单相接地引起的，当单相接地时间较长时，灯泡在开口三角电压作用下，灯丝发热，阻止增大，不能抑制分频谐振；中性点经电阻接地方案，对于单相接地消失时由互感器引起的谐振现象，具有名校的消振效果，但空母线合闸时，中性电阻阻尼效果较差。为了可靠的防止和消除谐振，建议将以上两种消谐措施同时采用。消谐器虽然是个简便的措施，能消除电压互感器引起的分频、基频和高频铁磁谐振，还能避免互感器过载烧坏，但由于其特性不稳定或质量欠佳，有时造成消谐失效，建议采用高质量的产品。
铁芯问题延伸
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