论文部分内容阅读
摘 要：本文解释了变电站变电站铁磁谐振及过电压产生的诱因，根据铁磁谐振导致设备损坏的外部特征，分析了铁磁谐振的危害和消除铁磁谐振的方法。
关键词：铁磁谐振；危害；消除方法
引言
在电力系统中，由于系统架构的复杂性和运行方式的灵活性，易造成运行参数具有随机性，促使系统参数变化，从而引起含有电感、电容元件的电网，电磁能量振荡转化或传递而造成电网过电压。铁磁谐振过电压的现象外部特征明显，直接威胁电力系统安全运行。严重时会引起电压互感器（PT）的爆炸，造成事故。必须采取有效的防范对策，保证系统和人身安全。在我十五年的运行工生涯中就遇到和听说多起电压互感器（PT）烧毁或爆炸事故，究其原因是因为铁磁谐振。
1 铁磁谐振及过电压产生的诱因
电力系统架构复杂、运行方式灵活，运行参数具有随机性，促使系统参数变化。系统中的电感、电容元件在系统进行操作或发生故障刺激下，形成各种振荡回路，特别是变压器、互感器等具有铁芯和绕组的电气设备在某种特定激励作用下， 很容易因电磁耦合，产生串并联谐振现象，导致严重的铁磁谐振过电压。据统计：35kV系统中铁磁谐振过电压占总故障的55%；10kV系统中铁磁谐振过电压占总故障的50%。而35kV及以下电网大部分采用中性点不接地方式运行，且由于35kV及以下电网结构相对薄弱，受地理、环境、气候、绝缘老化等因素的影响，发生故障的几率较大，加之系统运行方式多变，操作频繁，从而导致了系统铁磁谐振过电压的现象时有发生。诱发电网铁磁谐振过电压的原因分析如下：
（1）故障发生后，强大的饱和电流流过具有铁芯和绕组的电气设备，由于暂态的电磁耦合，产生铁磁谐振，形成铁磁谐振过电压。
（2）系统有各种运行方式，在不同的运行方式下，系统的阻抗、感抗和容抗也随之发生变化，特定条件下，会引起系统谐振，然后过渡成铁磁谐振，形成铁磁谐振过电压。
（3）在中性点不接地系统中，受操作或系统故障的刺激，会引起电压互感器的电磁耦合，使铁芯迅速饱和后产生铁磁谐振，迫使系统的中性点发生位移，导致系统过电压的现象尤为突出。
2铁磁谐振的危害
2.1铁磁谐振导致设备损坏特征
铁磁谐振导致设备损坏，对设备而言，有3个明显的外部特征：
（1）设备损坏前各种试验数据正常，运行中无异常表现，不容易引起人们的警惕。
（2）设备损坏后，有铁芯和绕组的电气设备，因强大的暂态耦合励磁电流将绕组烧毁，而使设备损坏。
（3）铁磁谐振引起过电压，使电气设备损坏，与设备短路引发的系统故障或事故有明显的区别。发生铁磁谐振引起过电压，系统会出现幅值不等的上下波动，表计应有反应；而设备短路，短路点的电压趋近于零，而短路电流趋近于无穷大。当然系统发生铁磁谐振也会过渡为短路事故。
2.2 铁磁谐振的危害
铁磁谐振的危害主要有5个方面：
（1）铁磁谐振过电压，会使那些有铁芯的电气设备中的铁芯迅速饱和，导致绕组的励磁电流迅猛增涨。严重时，可达额定励磁电流的百倍以上。从而引起电压互感器的熔断器熔断、喷油、绕组烧毁甚至爆炸。
（2）在某些特定情况下，铁磁谐振过电压可能会很高（最大为相电压的3倍左右），会使电气设备的绝缘击穿而导致这些设备损毁。
（3）铁磁谐振过电压，会引起有污秽的电气设备（如电压互感器、电流互感器、避雷器、绝缘子等）的瓷裙表面闪络而爆炸，甚至会形成短路。
（4）铁磁谐振过电压出现时，电网中可能并无接地点，但会出现电压一相降低两相升高的虚假接地现象，使运行值班人员造成错觉，形成误判。
（5）铁磁谐振过电压出现时，如果工作、保护等接地网的接地电阻不合格，此过电压还可以通过设备的接地引线，窜入接地网，使接地电压升高，从而危及现场人员的人身安全。
3 消除铁磁谐振的方法
铁磁谐振过电压会损坏设备，导致事故的发生和扩大，甚至造成系统瓦解，危及人身安全，它的影响和危害极大，必须采取限制铁磁谐振过电压的措施。而消谐应从两方面着手，即改变电气参数以破坏谐振条件和吸收与消耗谐振能量以抑制谐振的产生。常用的消谐方法有以下几种。
3.1改变电气参数
（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，可以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。
（2） 选用不易饱和的或三相五柱式电压互感器
10 kV系统中使用的电压互感器，应选用励磁感抗大于1.5 MΩ的电压互感器。
（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。如变电站只作为测量仪表和保护用的电压互感器，其中性点不允许接地。
（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，可避免因深度饱和而引起的谐振。
（5） 每相对地加装电容器
这种办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。
（6） 在中性点装设消弧线圈
在10 kV系统中发生谐振，且单相接地电流值较大或接近30 A时，可将中性点通过消弧线圈接地。
（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。
3.2消耗谐振能量
（1） 在PT开口三角形侧并联阻尼电阻。
这一措施起到了改变电压互感器参数的作用。不仅能防止电压互感器发生磁饱和，而且还能有效地消耗谐振能量，防止产生谐振过电压。但此方法常用在要求不高的变电站，原因是消谐电阻多采用电灯泡或电阻丝，当其损坏后将不会有消谐作用；且当系统发生单相接地时，在开口三角侧将产生100 V的电压，而由于电灯泡或电阻丝的冷态电阻是较小的，容易在PT开口三角侧流过较大的电流引起PT损坏。
（2） 在电压互感器一次侧中性点与地之间串接消谐电阻
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：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。
（3）装设消谐装置
可在电压互感器的开口三角绕组处直接装设消谐装置，当发生谐振时，电压在设计周波下达到动作值时，装置的鉴频系统自动投入“消谐电阻”吸收谐振能量，消除铁磁谐振。消谐装置动作较可靠，还可以记录故障时的电压、振荡频率等参数，利于事故分析，现采用此方法较多。
4 结语
10～35 kV电压等级电网产生铁磁谐振，是导致电压互感器烧损，引起停电，危及安全供电的原因之一，采取改变电力系统参数，破坏谐振条件，以及吸收与消耗谐振能量以抑制谐振的产生，可有效地消除铁磁谐振 ，杜绝铁磁谐振给电网带来的不安全影响，保证电网可靠经济运行。
关键词：铁磁谐振；危害；消除方法
引言
在电力系统中，由于系统架构的复杂性和运行方式的灵活性，易造成运行参数具有随机性，促使系统参数变化，从而引起含有电感、电容元件的电网，电磁能量振荡转化或传递而造成电网过电压。铁磁谐振过电压的现象外部特征明显，直接威胁电力系统安全运行。严重时会引起电压互感器（PT）的爆炸，造成事故。必须采取有效的防范对策，保证系统和人身安全。在我十五年的运行工生涯中就遇到和听说多起电压互感器（PT）烧毁或爆炸事故，究其原因是因为铁磁谐振。
1 铁磁谐振及过电压产生的诱因
电力系统架构复杂、运行方式灵活，运行参数具有随机性，促使系统参数变化。系统中的电感、电容元件在系统进行操作或发生故障刺激下，形成各种振荡回路，特别是变压器、互感器等具有铁芯和绕组的电气设备在某种特定激励作用下， 很容易因电磁耦合，产生串并联谐振现象，导致严重的铁磁谐振过电压。据统计：35kV系统中铁磁谐振过电压占总故障的55%；10kV系统中铁磁谐振过电压占总故障的50%。而35kV及以下电网大部分采用中性点不接地方式运行，且由于35kV及以下电网结构相对薄弱，受地理、环境、气候、绝缘老化等因素的影响，发生故障的几率较大，加之系统运行方式多变，操作频繁，从而导致了系统铁磁谐振过电压的现象时有发生。诱发电网铁磁谐振过电压的原因分析如下：
（1）故障发生后，强大的饱和电流流过具有铁芯和绕组的电气设备，由于暂态的电磁耦合，产生铁磁谐振，形成铁磁谐振过电压。
（2）系统有各种运行方式，在不同的运行方式下，系统的阻抗、感抗和容抗也随之发生变化，特定条件下，会引起系统谐振，然后过渡成铁磁谐振，形成铁磁谐振过电压。
（3）在中性点不接地系统中，受操作或系统故障的刺激，会引起电压互感器的电磁耦合，使铁芯迅速饱和后产生铁磁谐振，迫使系统的中性点发生位移，导致系统过电压的现象尤为突出。
2铁磁谐振的危害
2.1铁磁谐振导致设备损坏特征
铁磁谐振导致设备损坏，对设备而言，有3个明显的外部特征：
（1）设备损坏前各种试验数据正常，运行中无异常表现，不容易引起人们的警惕。
（2）设备损坏后，有铁芯和绕组的电气设备，因强大的暂态耦合励磁电流将绕组烧毁，而使设备损坏。
（3）铁磁谐振引起过电压，使电气设备损坏，与设备短路引发的系统故障或事故有明显的区别。发生铁磁谐振引起过电压，系统会出现幅值不等的上下波动，表计应有反应；而设备短路，短路点的电压趋近于零，而短路电流趋近于无穷大。当然系统发生铁磁谐振也会过渡为短路事故。
2.2 铁磁谐振的危害
铁磁谐振的危害主要有5个方面：
（1）铁磁谐振过电压，会使那些有铁芯的电气设备中的铁芯迅速饱和，导致绕组的励磁电流迅猛增涨。严重时，可达额定励磁电流的百倍以上。从而引起电压互感器的熔断器熔断、喷油、绕组烧毁甚至爆炸。
（2）在某些特定情况下，铁磁谐振过电压可能会很高（最大为相电压的3倍左右），会使电气设备的绝缘击穿而导致这些设备损毁。
（3）铁磁谐振过电压，会引起有污秽的电气设备（如电压互感器、电流互感器、避雷器、绝缘子等）的瓷裙表面闪络而爆炸，甚至会形成短路。
（4）铁磁谐振过电压出现时，电网中可能并无接地点，但会出现电压一相降低两相升高的虚假接地现象，使运行值班人员造成错觉，形成误判。
（5）铁磁谐振过电压出现时，如果工作、保护等接地网的接地电阻不合格，此过电压还可以通过设备的接地引线，窜入接地网，使接地电压升高，从而危及现场人员的人身安全。
3 消除铁磁谐振的方法
铁磁谐振过电压会损坏设备，导致事故的发生和扩大，甚至造成系统瓦解，危及人身安全，它的影响和危害极大，必须采取限制铁磁谐振过电压的措施。而消谐应从两方面着手，即改变电气参数以破坏谐振条件和吸收与消耗谐振能量以抑制谐振的产生。常用的消谐方法有以下几种。
3.1改变电气参数
（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，可以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。
（2） 选用不易饱和的或三相五柱式电压互感器
10 kV系统中使用的电压互感器，应选用励磁感抗大于1.5 MΩ的电压互感器。
（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。如变电站只作为测量仪表和保护用的电压互感器，其中性点不允许接地。
（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，可避免因深度饱和而引起的谐振。
（5） 每相对地加装电容器
这种办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。
（6） 在中性点装设消弧线圈
在10 kV系统中发生谐振，且单相接地电流值较大或接近30 A时，可将中性点通过消弧线圈接地。
（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。
3.2消耗谐振能量
（1） 在PT开口三角形侧并联阻尼电阻。
这一措施起到了改变电压互感器参数的作用。不仅能防止电压互感器发生磁饱和，而且还能有效地消耗谐振能量，防止产生谐振过电压。但此方法常用在要求不高的变电站，原因是消谐电阻多采用电灯泡或电阻丝，当其损坏后将不会有消谐作用；且当系统发生单相接地时，在开口三角侧将产生100 V的电压，而由于电灯泡或电阻丝的冷态电阻是较小的，容易在PT开口三角侧流过较大的电流引起PT损坏。
（2） 在电压互感器一次侧中性点与地之间串接消谐电阻
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：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。
（3）装设消谐装置
可在电压互感器的开口三角绕组处直接装设消谐装置，当发生谐振时，电压在设计周波下达到动作值时，装置的鉴频系统自动投入“消谐电阻”吸收谐振能量，消除铁磁谐振。消谐装置动作较可靠，还可以记录故障时的电压、振荡频率等参数，利于事故分析，现采用此方法较多。
4 结语
10～35 kV电压等级电网产生铁磁谐振，是导致电压互感器烧损，引起停电，危及安全供电的原因之一，采取改变电力系统参数，破坏谐振条件，以及吸收与消耗谐振能量以抑制谐振的产生，可有效地消除铁磁谐振 ，杜绝铁磁谐振给电网带来的不安全影响，保证电网可靠经济运行。