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【摘 要】 近些年中国的经济快速发展，电子电力设备被广泛的使用，促使电子电力设备呈飞速发展的趋势。在大批量投入使用的电子设备中，长期使用这些设备会使系统中的电压及电流波形发生畸变。这样就使得大量的谐波产生，谐波的产生就会导致谐振过电压现象的发生，从而对电力设备系统产生不可估量的危害，造成巨大的经济损失。如果对谐振过电压这种现象不进行预防和管理措施，会对电力系统和电力设备产生巨大的负面影响。面对这样的现象，我们要加以足够的重视，着重的进行预防与保护措施。本文针对谐波谐振过电压产生的不利影响提出了较为详细的防范处理方法，争取在最大的限度上获得积极的作用，来抑制电网中谐振过电压的产生。
【关键词】 谐振；过电压；电力系统；危害；处理措施；谐波源
谐振过电压现象在现如今的电力系统中是非常普遍的，在没有防范措施的情况下，发生的几率是非常大的，也是很容易被发现的。引起电网过电压情况发生的原因有很多，其中最主要的原因就是谐振过电压。另外，在实际的操作运行中，谐振过电压发生的几率很大，会产生危害性极高的影响。电力系统产生的谐波污染，很久以来都是造成电能质量下降的罪魁祸首。因此对谐波谐振及电能质量等问题的研究探讨是对我们现实生活十分有必要的，不仅让人们对这些问题有了充分的了解，还能对这些问题得出合理有效的解决措施。
一、形成谐振过电压的原因
在纷繁复杂的电力系统中，含有好多的电源和电感原件，如我们日常所知的变压器、互感器、发动机的电感。输电线路对地及相间电容以及各种高压设备的电容等，它们可以组合构成一系列不同自振频率的振荡回路。因而在操作仪器开关或者发生设备故障的时候，电力系统中的某些振荡回路就有可能与外加电源产生谐振现象，导致在系统中的某些部件（或元件）上出现严重的谐振过电压。
下面我们再来说说什么是谐振，即物理的简谐振动，物体的加速度在跟偏离平衡位置的位移成正比，且总是指向平衡位置回复力作用下的振动。其动力学方程式是F=-kx，一般应用于收音机。谐振的现象是电流增大和电压减小，越接近谐振中心，电流表電压表功率表转动变化快，和短路的区别是不会出现零序量。其实就是在震荡系统中的一种周期性的或者准周期性的运行状态，它的特点是在一时间内谐波幅值的大幅度上升，在复杂的电容电感系统中，会产生一些相对应的自振频率，电源中也经常包含一系列的谐波，所以只要部分的电路自振频率和电源的谐振频率之一相近或者相等时，这一部分电路就会产生谐振现象。就会出现谐振现象。一般串联共振现象会在电网的某—部分造成过电压，以致危及电气设备的绝缘，还可能产生电流而烧毁设备，也可能会影响过压保护装置的工作条件，如影响阀型避雷器的灭弧条件等。
电力系统中的有功负荷是阻尼和限制谐振过电压的有利因素，因此通常只在空载或轻载下发生谐振。但是对干中性点出现位移电压，同时零序回路参数配合不当而形成的谐振现象，系统的有功负荷将不起作用。
二、谐振过电压基本可分为三种类型
在不同的电力系统中，根据电压等级和电力结构的不同，会产生不同类型的谐振过电压，按照其属性划分可分为以下三种类型：
1、线性谐振过电压
谐振回路由不带铁芯的电感元件（如输电线路的电感，变压器的漏感）或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件（如消弧线圈）和系统中的电容元件所组成。
2、铁磁谐振过电压
谐振回路由带铁芯的电感元件（如空载变压器、电压互感器）和系统的电容元件组成。因铁芯电感元件的饱和现象，使回路的电感参数是非线性的，这种含有非线性电感元件的回路在满足一定的谐振条件时，会产生铁磁谐振。
3、参数谐振过电压
由电感参数作周期性变化的电感元件（如凸极发电机的同步电抗在Kd～Kq间周期变化）和系统电容元件（如空载线路）组成回路，当参数配合时，通过电感的周期性变化，不断向谐振系统输送能量，造成参数谐振过电压。
在电力系统的振荡回路中，往往由于变压器、电压互感器、消弧线圈等铁芯电感的磁路饱和作用而激发起持续性的较高幅值的铁磁谐振过电压，它具有与线性谐振过电压完全不同的特点和性能。
机器在正常的运行中，如水轮发电机，在每运行一个周期后，电抗就将变动为两个周期。还有，不管是汽轮发电机还是水轮发电机，在它们运行的状态下异与正常的工作状态或处于定子磁通变动的工作状态时，电抗会形成周期性变动的状态。
三、谐振过电压产生的危害
电器设备的损坏给人们的生产生活带来的影响是非常巨大的，主要有以下几个方面的危害：1、在特定的情况下，谐振过电压会可能会产生很高的电压，引起避雷器的爆炸或绝缘闪络。2、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。3、谐振过电压会使电气设备的绝缘击穿而导致这些设备损毁。4、铁磁谐振过电压，会使有污秽的电气设备表面闪络，从而引起短路。5、铁磁谐振过电压出现时，电网中可能并无接地点，但会出现虚幻接地现象，使运行值班人员造成错觉。6、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下线，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。7、谐振引起的过电压，还可以导致氧化锌避雷器的损坏。无间隙氧化锌避雷器的过电压耐受能力有限，如果选用氧化锌避雷器的直流1mA电压偏低，在过电压的作用下连续动作，最终会发生热崩溃而损坏。8、在电压互感器熔断器不能及时熔断的情况下，引起电压互感器二次电压升高，对二次继电保护设备和计量仪表的绝缘造成损坏或引起继电保护设备的误动。
四、对谐振过电压实施有效的限制措施
鉴于110kV及以上有效接地系统的TV饱和铁磁谐振过电压经常发生，其谐振过电压的激发是具有随机性的，严重时，母线TV损坏，甚至导致TV爆炸，危及二次保护设备及一次TV附近设备，必须加以预防和限制。 1、在运行的处理方式和倒闸的具体操作中，要防止断路器断口电容器与空载母线及母线TV构成串联谐振回路，以防止因谐振过电压损坏设备情况的发生。
2、更换更好的电子设备改用电容式TV，这种方法从根本上消除了铁磁谐振的条件。以前大部分使用的都是电磁式电压互感器，现在德尔电压互感器大都换成了电容式电压互感器，从而在基本上消除了系统发生串联谐振的条件。
3、断路器的断口电容需要取消，这种方法也能消除谐振产生的条件。以前变电站110kV以上电压等级的断路器多数用平顶山生产的带断口电容的断路器。现在经过技术改造，这种断路器已经基本上改造完毕。
五、防范谐振过电压现象发生的处理措施
依照以往电力系统的经验，在电网系统的运作中，电气设备由于某些原因，铁磁谐振过电压给电力安全生产带来严重威胁。为了消除铁磁谐振过电压带来的不利影响，我们根据其发生原理及形成条件的同时，积极探讨防止和消除铁磁谐振现象的措施。例如中性点电压会产生位移的状况，断路器没有进行全相或者同期的操作，电磁式电压互感器饱和等原因，都会使谐振过电压产生。接下来就会产生一系列的负面影响，过电压会使电器设备发生老化，损坏绝缘水平低的电气设备，最后导致事故的发生。如果要降低和避免此类事故的发生，就要防止谐振过电压的产生，根据实际情况制定一些相应的措施。
1、使谐波源的产生减小，在选用设备时，首先要根据采用的设备进行必要的计算，例如在使用铁芯时，尽量使用伏安特性高、励磁特性强、铁芯不易饱和的变压器、电抗器和互感器。
2、在操作中进行及时有效的安排，避免在线路中形成不必要的谐振回路。例如要在断路器三相电压相同时再合闸，电压不同时会造成三相负载的不对称性，这样就会使电源的中性点发生位移，电压会很快的升高，使电流中的电磁式电压互感器或电抗器线圈很快的饱和，电磁电流的波形就会发生畸变，产生高次的谐波，另外，不使用熔断器设备。
3、安排专职人员，定期的对电气设备进行线路巡视和检修，在发现设备或者线路老化时要及时的更换，防止断线的产生，不能投机取巧，保证生命和财产的安全。做好清洁防护工作，要经常清洁电气设备，使设备处于干净的状态。
4、在谐波源处装设交流滤波器是防止谐波源向系统注入谐波电流的有效而通用的措施。交流滤波器分为调谐滤波器（单调滤波器和双调滤波器）和高通滤波器，对产生较低次数如3，5，7次谐波含量较大的大容量的谐波源，可对每次谐波各装一个单调滤波器，将谐波分别滤除；对次数较高的各次谐波如11次及以上各次，可通过安装一个高通滤波器将其谐波全部滤除。将有源电力滤波器装设在谐波源处，用于抑制谐波源产生的绝大部分的谐波电流注入系统。
5、在母线上加装一定的对地电容。在选用电压互感器时，要选择励磁特性较好的，还要使用电容式电压互感器。在母线充电倒闸操作过程中，若电源断路器由冷备用转为热备用时，发生电压互感器铁磁饱和引起的母线谐波谐振，则应立即将断路器转入运行，通过接入空载变压器或空载线路改变电感、电容参数，来避开谐振区域以消除谐振，或先断开母线电压互感器刀闸，再将电源断路器由冷备用转为热备用，等母线充电后再将电压互感器投入；在母线停电倒闸操作过程中，若电源断路器由运行转为热备用时母线产生谐振，则应立即将其返回运行状态，将母线电压互感器刀闸断开后，再操作电源断路器使母线停电。
6、增加回路损耗在电压互感器的高压绕组中性点串接电阻（9-20kQ）或非线性电阻消谐器（如L型消谐器）后接地，通过电阻的阻尼作用抑制流绕组的谐波电流，避免铁芯饱和产生的谐波引起谐振。在电压互感器的二次侧零序电压线圈（口三角形绕组）中接入低值消谐电阻（50^-60Q）或采用分频继电器，当发生谐振时自动将非线性阻接入电压互感器开口三角形回路中。采用零序电压互感器，将三台电压互感一次侧接成星形，中性点通过一台零序电压互感接地，主电压互感器二次辅助线圈接成闭口三角以防止谐振。
结束语
自从电力系统发展以来，电力系统的谐振过电压的问题就长期的存在，它严重的危害了电器设备的绝缘，甚至有可能因为过大的电流损害电气设备，产生设备的烧毁或者爆炸造成巨大的经济损失甚至人员伤亡，严重的威胁着电网系统的安全运行。在当今的社会发展建设中，对电力使用的需求量不断增加，能够安全有保障的使用电力系统，关系着国家稳健的发展和百姓的利益，只有有效地控制谐振过电压现象，才能使人民安居乐业经济不断的蓬勃发展。因此在本文中主，要对谐振过电压对电力系统的危害及防范处理措施等问题做了简单的分析阐述，主要目的是为了在以后的电力系统工作中能够较好的预防电网串联谐振过电压的产生，在充分的认识谐振过电压产生的危害后，才能针对问题采取有效的措施，抑制谐振过电压的发生，保证电力系统安群可靠的运行。
参考文献：
[1]雷楚坚，浅谈电力系统串联谐振过电压的危害及抑制措施[J]，南方电网公司清远供电局变电部，2010
[2]董国震，和敬涵，电力系统局部电路谐波谐振产生原因分析及对策，北京交通大学电气工程学院，2007
[3]张纬拔，何金良，高玉明，过电压防护及绝缘配合[M]，北京，清华大学出版社，2002
[4]H.W.DomelIA.YanandS.Wei.HarmonicsfromTransformerSaturation[J].IEEETransonPowerSystemsIApril198SIv01.Pm-1：209-214
[5]谢婷，基于模态分析法的电网谐波谐振研究[D]，西安：西安交通大学E008.
[6]WouterR.A.RyckaertlJozefA.L.Ghijselen.Harmonic mitigation potential of shunt harmonicimpedances[J].ElectricPowerSystemsResearchS5（2003、S3-S9.
[7]IEEE Working Groupon PowerSystemHarmonicslPowerSystemHarmoniIEEE Trans on PowerApparatusandSystemsIv01.PAS一102IAug.2003.
[8]周毅，电力系统铁磁谐振过电压危害性和產生原理的探讨[D]，国网叙永县供电公司，2013
【关键词】 谐振；过电压；电力系统；危害；处理措施；谐波源
谐振过电压现象在现如今的电力系统中是非常普遍的，在没有防范措施的情况下，发生的几率是非常大的，也是很容易被发现的。引起电网过电压情况发生的原因有很多，其中最主要的原因就是谐振过电压。另外，在实际的操作运行中，谐振过电压发生的几率很大，会产生危害性极高的影响。电力系统产生的谐波污染，很久以来都是造成电能质量下降的罪魁祸首。因此对谐波谐振及电能质量等问题的研究探讨是对我们现实生活十分有必要的，不仅让人们对这些问题有了充分的了解，还能对这些问题得出合理有效的解决措施。
一、形成谐振过电压的原因
在纷繁复杂的电力系统中，含有好多的电源和电感原件，如我们日常所知的变压器、互感器、发动机的电感。输电线路对地及相间电容以及各种高压设备的电容等，它们可以组合构成一系列不同自振频率的振荡回路。因而在操作仪器开关或者发生设备故障的时候，电力系统中的某些振荡回路就有可能与外加电源产生谐振现象，导致在系统中的某些部件（或元件）上出现严重的谐振过电压。
下面我们再来说说什么是谐振，即物理的简谐振动，物体的加速度在跟偏离平衡位置的位移成正比，且总是指向平衡位置回复力作用下的振动。其动力学方程式是F=-kx，一般应用于收音机。谐振的现象是电流增大和电压减小，越接近谐振中心，电流表電压表功率表转动变化快，和短路的区别是不会出现零序量。其实就是在震荡系统中的一种周期性的或者准周期性的运行状态，它的特点是在一时间内谐波幅值的大幅度上升，在复杂的电容电感系统中，会产生一些相对应的自振频率，电源中也经常包含一系列的谐波，所以只要部分的电路自振频率和电源的谐振频率之一相近或者相等时，这一部分电路就会产生谐振现象。就会出现谐振现象。一般串联共振现象会在电网的某—部分造成过电压，以致危及电气设备的绝缘，还可能产生电流而烧毁设备，也可能会影响过压保护装置的工作条件，如影响阀型避雷器的灭弧条件等。
电力系统中的有功负荷是阻尼和限制谐振过电压的有利因素，因此通常只在空载或轻载下发生谐振。但是对干中性点出现位移电压，同时零序回路参数配合不当而形成的谐振现象，系统的有功负荷将不起作用。
二、谐振过电压基本可分为三种类型
在不同的电力系统中，根据电压等级和电力结构的不同，会产生不同类型的谐振过电压，按照其属性划分可分为以下三种类型：
1、线性谐振过电压
谐振回路由不带铁芯的电感元件（如输电线路的电感，变压器的漏感）或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件（如消弧线圈）和系统中的电容元件所组成。
2、铁磁谐振过电压
谐振回路由带铁芯的电感元件（如空载变压器、电压互感器）和系统的电容元件组成。因铁芯电感元件的饱和现象，使回路的电感参数是非线性的，这种含有非线性电感元件的回路在满足一定的谐振条件时，会产生铁磁谐振。
3、参数谐振过电压
由电感参数作周期性变化的电感元件（如凸极发电机的同步电抗在Kd～Kq间周期变化）和系统电容元件（如空载线路）组成回路，当参数配合时，通过电感的周期性变化，不断向谐振系统输送能量，造成参数谐振过电压。
在电力系统的振荡回路中，往往由于变压器、电压互感器、消弧线圈等铁芯电感的磁路饱和作用而激发起持续性的较高幅值的铁磁谐振过电压，它具有与线性谐振过电压完全不同的特点和性能。
机器在正常的运行中，如水轮发电机，在每运行一个周期后，电抗就将变动为两个周期。还有，不管是汽轮发电机还是水轮发电机，在它们运行的状态下异与正常的工作状态或处于定子磁通变动的工作状态时，电抗会形成周期性变动的状态。
三、谐振过电压产生的危害
电器设备的损坏给人们的生产生活带来的影响是非常巨大的，主要有以下几个方面的危害：1、在特定的情况下，谐振过电压会可能会产生很高的电压，引起避雷器的爆炸或绝缘闪络。2、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。3、谐振过电压会使电气设备的绝缘击穿而导致这些设备损毁。4、铁磁谐振过电压，会使有污秽的电气设备表面闪络，从而引起短路。5、铁磁谐振过电压出现时，电网中可能并无接地点，但会出现虚幻接地现象，使运行值班人员造成错觉。6、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下线，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。7、谐振引起的过电压，还可以导致氧化锌避雷器的损坏。无间隙氧化锌避雷器的过电压耐受能力有限，如果选用氧化锌避雷器的直流1mA电压偏低，在过电压的作用下连续动作，最终会发生热崩溃而损坏。8、在电压互感器熔断器不能及时熔断的情况下，引起电压互感器二次电压升高，对二次继电保护设备和计量仪表的绝缘造成损坏或引起继电保护设备的误动。
四、对谐振过电压实施有效的限制措施
鉴于110kV及以上有效接地系统的TV饱和铁磁谐振过电压经常发生，其谐振过电压的激发是具有随机性的，严重时，母线TV损坏，甚至导致TV爆炸，危及二次保护设备及一次TV附近设备，必须加以预防和限制。 1、在运行的处理方式和倒闸的具体操作中，要防止断路器断口电容器与空载母线及母线TV构成串联谐振回路，以防止因谐振过电压损坏设备情况的发生。
2、更换更好的电子设备改用电容式TV，这种方法从根本上消除了铁磁谐振的条件。以前大部分使用的都是电磁式电压互感器，现在德尔电压互感器大都换成了电容式电压互感器，从而在基本上消除了系统发生串联谐振的条件。
3、断路器的断口电容需要取消，这种方法也能消除谐振产生的条件。以前变电站110kV以上电压等级的断路器多数用平顶山生产的带断口电容的断路器。现在经过技术改造，这种断路器已经基本上改造完毕。
五、防范谐振过电压现象发生的处理措施
依照以往电力系统的经验，在电网系统的运作中，电气设备由于某些原因，铁磁谐振过电压给电力安全生产带来严重威胁。为了消除铁磁谐振过电压带来的不利影响，我们根据其发生原理及形成条件的同时，积极探讨防止和消除铁磁谐振现象的措施。例如中性点电压会产生位移的状况，断路器没有进行全相或者同期的操作，电磁式电压互感器饱和等原因，都会使谐振过电压产生。接下来就会产生一系列的负面影响，过电压会使电器设备发生老化，损坏绝缘水平低的电气设备，最后导致事故的发生。如果要降低和避免此类事故的发生，就要防止谐振过电压的产生，根据实际情况制定一些相应的措施。
1、使谐波源的产生减小，在选用设备时，首先要根据采用的设备进行必要的计算，例如在使用铁芯时，尽量使用伏安特性高、励磁特性强、铁芯不易饱和的变压器、电抗器和互感器。
2、在操作中进行及时有效的安排，避免在线路中形成不必要的谐振回路。例如要在断路器三相电压相同时再合闸，电压不同时会造成三相负载的不对称性，这样就会使电源的中性点发生位移，电压会很快的升高，使电流中的电磁式电压互感器或电抗器线圈很快的饱和，电磁电流的波形就会发生畸变，产生高次的谐波，另外，不使用熔断器设备。
3、安排专职人员，定期的对电气设备进行线路巡视和检修，在发现设备或者线路老化时要及时的更换，防止断线的产生，不能投机取巧，保证生命和财产的安全。做好清洁防护工作，要经常清洁电气设备，使设备处于干净的状态。
4、在谐波源处装设交流滤波器是防止谐波源向系统注入谐波电流的有效而通用的措施。交流滤波器分为调谐滤波器（单调滤波器和双调滤波器）和高通滤波器，对产生较低次数如3，5，7次谐波含量较大的大容量的谐波源，可对每次谐波各装一个单调滤波器，将谐波分别滤除；对次数较高的各次谐波如11次及以上各次，可通过安装一个高通滤波器将其谐波全部滤除。将有源电力滤波器装设在谐波源处，用于抑制谐波源产生的绝大部分的谐波电流注入系统。
5、在母线上加装一定的对地电容。在选用电压互感器时，要选择励磁特性较好的，还要使用电容式电压互感器。在母线充电倒闸操作过程中，若电源断路器由冷备用转为热备用时，发生电压互感器铁磁饱和引起的母线谐波谐振，则应立即将断路器转入运行，通过接入空载变压器或空载线路改变电感、电容参数，来避开谐振区域以消除谐振，或先断开母线电压互感器刀闸，再将电源断路器由冷备用转为热备用，等母线充电后再将电压互感器投入；在母线停电倒闸操作过程中，若电源断路器由运行转为热备用时母线产生谐振，则应立即将其返回运行状态，将母线电压互感器刀闸断开后，再操作电源断路器使母线停电。
6、增加回路损耗在电压互感器的高压绕组中性点串接电阻（9-20kQ）或非线性电阻消谐器（如L型消谐器）后接地，通过电阻的阻尼作用抑制流绕组的谐波电流，避免铁芯饱和产生的谐波引起谐振。在电压互感器的二次侧零序电压线圈（口三角形绕组）中接入低值消谐电阻（50^-60Q）或采用分频继电器，当发生谐振时自动将非线性阻接入电压互感器开口三角形回路中。采用零序电压互感器，将三台电压互感一次侧接成星形，中性点通过一台零序电压互感接地，主电压互感器二次辅助线圈接成闭口三角以防止谐振。
结束语
自从电力系统发展以来，电力系统的谐振过电压的问题就长期的存在，它严重的危害了电器设备的绝缘，甚至有可能因为过大的电流损害电气设备，产生设备的烧毁或者爆炸造成巨大的经济损失甚至人员伤亡，严重的威胁着电网系统的安全运行。在当今的社会发展建设中，对电力使用的需求量不断增加，能够安全有保障的使用电力系统，关系着国家稳健的发展和百姓的利益，只有有效地控制谐振过电压现象，才能使人民安居乐业经济不断的蓬勃发展。因此在本文中主，要对谐振过电压对电力系统的危害及防范处理措施等问题做了简单的分析阐述，主要目的是为了在以后的电力系统工作中能够较好的预防电网串联谐振过电压的产生，在充分的认识谐振过电压产生的危害后，才能针对问题采取有效的措施，抑制谐振过电压的发生，保证电力系统安群可靠的运行。
参考文献：
[1]雷楚坚，浅谈电力系统串联谐振过电压的危害及抑制措施[J]，南方电网公司清远供电局变电部，2010
[2]董国震，和敬涵，电力系统局部电路谐波谐振产生原因分析及对策，北京交通大学电气工程学院，2007
[3]张纬拔，何金良，高玉明，过电压防护及绝缘配合[M]，北京，清华大学出版社，2002
[4]H.W.DomelIA.YanandS.Wei.HarmonicsfromTransformerSaturation[J].IEEETransonPowerSystemsIApril198SIv01.Pm-1：209-214
[5]谢婷，基于模态分析法的电网谐波谐振研究[D]，西安：西安交通大学E008.
[6]WouterR.A.RyckaertlJozefA.L.Ghijselen.Harmonic mitigation potential of shunt harmonicimpedances[J].ElectricPowerSystemsResearchS5（2003、S3-S9.
[7]IEEE Working Groupon PowerSystemHarmonicslPowerSystemHarmoniIEEE Trans on PowerApparatusandSystemsIv01.PAS一102IAug.2003.
[8]周毅，电力系统铁磁谐振过电压危害性和產生原理的探讨[D]，国网叙永县供电公司，2013