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摘要：众所周知，一旦电力系统发生谐振，会导致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。铁磁谐振的发生时间较长，且无法采取保护措施，因此，应重视做好铁磁谐振的预防工作，对选择电压互感器型号的过程中，对电压值进行合理估算，并设置科学的消谐方案，防范串联谐振现象的发生，形成电力系统正常运行的保障。因此，探讨电压互感器铁磁谐振解决方案，具有十分重要的现实意义。
关键词：正铁磁谐振；变压器；电压互感器；消除谐振
正铁磁谐振是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谐振现象。本文在对电压互感器发生铁磁谐振的机理进行综合阐述的基础上，提出了消除谐振的方法，以期为相关人士提供参考。
1 电压互感器发生铁磁谐振的机理
谐振是交流电路当中独有的一种现象，通常情况下，交流电路当中出现了电感以及电容的串联现象，会出现感抗等于容抗，从而造成谐振。一般来说，电力系统当中，受到电容、电感等元件故障影响或者误操作时，就会产生以谐振为代表的震荡回路。谐振所具有的串谐特征，还会对某些系统元件产生不可逆的破坏性影响，其中电压互感器在谐振影响下的表现十分明显，这是由于电压互感器作为铁芯元件，而铁芯在参与到回路当中所形成的饱和电路会表现为非线性的电感参数，从而造成其严重破坏。就目前的电力系统谐振问题影响特征来看，谐振问题一般可以依据电网结构分为并联谐振以及串联谐振两种谐振类型，前者表现在小接地单流系统内部，并联状态下的铁磁谐振会使得电容互感器与电压互感器在一次中性接地点的非线性电感之上，构成谐振回路；而后者则是在大接地电流系统当中产生。电磁式电压互感器会通过非线性电感与断路器断口的电容共同构成谐振回路。而在众多谐振回路当中，铁磁电压谐振出现最为频繁，同时影响力也最大。笔者将产生原因总结为接地线路当中的系统冲击、空载线路扰动、断路器三相不同期以及高压保险熔断等几个方面。由于铁磁谐振会对电网的正常运行产生损害，因此完善电压互感器铁磁谐振解决方案的制定，具有十足的必要性。通常情况下，与感抗相比，若电网容抗的数值较大，轻易不会产生铁磁谐振现象。若受开关突然合闸或者弧光接地的影响，则会对电网稳定运行造成冲击，使得感抗降低，产生谐振。图 1 显示，电网电压产生波动，导致电流出现许多变化，由 I1 上升至 I2，这也在一定程度上导致了铁芯饱和速率的增加，极容易对电压互感器造成损害。除此之外，一旦电网的参数产生变化，也容易导致电网容量的降低，促进了容抗的增加，这也在一定程度上形成了对电压值的扰动，进而为铁磁谐振的发生提供了可能，诱发谐振现象。
2 电压互感器铁磁谐振的消除方法
2.1 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，需要針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。
2.2 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。
2.3 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。
2.4 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，通过前文的产生原因分析，总结出电压互感器铁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，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。
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。
参考文献
[1] 电磁式电压互感器铁磁谐振抑制方法分析[J]. 戴钦来，苏文宇，周洪刚，熊华维. 电工技术. 2017（08）
（作者单位：胜利油田北方实业集团有限责任公司）
关键词：正铁磁谐振；变压器；电压互感器；消除谐振
正铁磁谐振是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谐振现象。本文在对电压互感器发生铁磁谐振的机理进行综合阐述的基础上，提出了消除谐振的方法，以期为相关人士提供参考。
1 电压互感器发生铁磁谐振的机理
谐振是交流电路当中独有的一种现象，通常情况下，交流电路当中出现了电感以及电容的串联现象，会出现感抗等于容抗，从而造成谐振。一般来说，电力系统当中，受到电容、电感等元件故障影响或者误操作时，就会产生以谐振为代表的震荡回路。谐振所具有的串谐特征，还会对某些系统元件产生不可逆的破坏性影响，其中电压互感器在谐振影响下的表现十分明显，这是由于电压互感器作为铁芯元件，而铁芯在参与到回路当中所形成的饱和电路会表现为非线性的电感参数，从而造成其严重破坏。就目前的电力系统谐振问题影响特征来看，谐振问题一般可以依据电网结构分为并联谐振以及串联谐振两种谐振类型，前者表现在小接地单流系统内部，并联状态下的铁磁谐振会使得电容互感器与电压互感器在一次中性接地点的非线性电感之上，构成谐振回路；而后者则是在大接地电流系统当中产生。电磁式电压互感器会通过非线性电感与断路器断口的电容共同构成谐振回路。而在众多谐振回路当中，铁磁电压谐振出现最为频繁，同时影响力也最大。笔者将产生原因总结为接地线路当中的系统冲击、空载线路扰动、断路器三相不同期以及高压保险熔断等几个方面。由于铁磁谐振会对电网的正常运行产生损害，因此完善电压互感器铁磁谐振解决方案的制定，具有十足的必要性。通常情况下，与感抗相比，若电网容抗的数值较大，轻易不会产生铁磁谐振现象。若受开关突然合闸或者弧光接地的影响，则会对电网稳定运行造成冲击，使得感抗降低，产生谐振。图 1 显示，电网电压产生波动，导致电流出现许多变化，由 I1 上升至 I2，这也在一定程度上导致了铁芯饱和速率的增加，极容易对电压互感器造成损害。除此之外，一旦电网的参数产生变化，也容易导致电网容量的降低，促进了容抗的增加，这也在一定程度上形成了对电压值的扰动，进而为铁磁谐振的发生提供了可能，诱发谐振现象。
2 电压互感器铁磁谐振的消除方法
2.1 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，需要針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。
2.2 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。
2.3 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。
2.4 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，通过前文的产生原因分析，总结出电压互感器铁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，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。
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。
参考文献
[1] 电磁式电压互感器铁磁谐振抑制方法分析[J]. 戴钦来，苏文宇，周洪刚，熊华维. 电工技术. 2017（08）
（作者单位：胜利油田北方实业集团有限责任公司）