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1、10 kV配电系统铁磁谐振原因分析及消除措施1 概 述 铁磁谐振过电压是10 kV电网发生事故的主要原因，铁磁谐振是电力系统中的一种非线性的共振现象。发生共振时，系统电压比额定电压高23倍，造成熔丝熔断，避雷器爆炸，电气设备遭受击毁，同时伴有大面积的停电。严重的还会引发人员的伤亡和经济损失。目前我国电力系统的很多变电站都发生了不同程度的铁磁谐振现象，雷雨季节后果更加严重。10 kV电力系统的铁磁谐振过电压事故率较高。 对发生的电力事故进行系统分析后发现，当电路发生单相接地时，两相电压瞬间升高，三相铁芯受到不同的激励也表现出不同程度的饱和，电压互感器的各相感抗发生了变化，各相 的电感值不再相等，
2、中性点的位移产生了零序电压，线路的电流却持续增大，电压互感器的铁芯磁饱和，电感迅速减小，电感的降低满足谐振条件时，产生了谐振的过电压。发生铁磁谐振时电压互感器的励磁电流增大，高压熔丝熔断，长时间处于过电流状态，造成电压互感器的烧损。 为了保证电网的安全运行，分析了10 kV配电系统的电压互感器铁磁谐振问题的原因，并进行了实际模拟谐振实验，进而提出了一些消除电磁谐振措施。经过数年的运行采取消谐措施以后消除电磁谐振效果良好。 2 电磁式电压互感器引起铁磁谐振过电压的原因 分析 10 kV配电线路大部分都是中性点不接地系统，配电室的母线上装有电压互感器，电压互感器的高压侧中性点接地，母线对地和与母线
3、相连的配电网各相导线有电容，与电压互感器的线圈构成电感电容的并联电路。 当电网处于正常运行状态时，电压互感器是处于不饱和状态的，这时感抗大于容抗，并联回路呈容性，电流电流大于电感电流，已知三相盛磁电感相等，所以三相导纳相等，电网中性点的电压此时为0。如果电网受到干扰，例如发生单相瞬间接地的故障，突然合闸等状况，一相或者两相对地电压会迅速升高，电路中某一相发生接地故障，非接地相的相对地电压会迅速升高，运行时单相接地时，检漏表的指标数值和电压矢量关系会发生变化。当电压升高时，非接地相电压互感器的励磁电流发生饱和，励磁电感减少，三相对地负载不再相等，电网中性点出现了零点电压。 扰动导致电感电流增大，
4、非接地相的导纳变成电感性的，接地相保持发生扰动前导纳的电容性。从等值电路图可以看出，感性导纳和容性导纳相互抵消，总导纳减小，零序电压大大增加，如果相数组合不利，使总导纳接近于0，就会发生串联谐振。 谐振是随机发生的，并不是所有的单相接地扰动都会导致产生谐振，只有外部扰动使电容等于电感谐振点，使相位发生翻转，才会发生谐振。 电压互感器的铁芯饱和会引起电流和电压波形的不规则变化，从而发生谐振，谐振回路会对谐波产生谐振。 产生各种谐波谐振的条件是： 如果系统的每相对地容抗与电压互感器单相绕组在额定电压作用下的励磁电抗的比值在0.010.07之间时，会产生分频谐振；如果两者的比值在0.070.55之间
5、时，会产生基波谐振；如果两者的比值在0.552.8之间时，会产生高频谐振。 高频谐振会让电压互感器承受高电压，基波谐振和分频谐振会产生超过额定值的励磁电流，高压熔断器的熔丝会频繁的发生熔断，造成电压互感器的烧损。 3 消除铁磁谐振的技术措施 发生铁磁谐振的原因是多方面的，其中共性的一点原因是电压互感器受到外来扰动，从而产生铁感过饱和。如果每相对地容抗与电压互感器单相绕组在额定电压作用下的励磁电抗的比值小于0.01，一般不会发生谐振。要消除铁磁谐振，就要限制电压互感器的铁感饱和。可以在电压互感器的开口三角并接微电脑多功能消除电磁谐振装置，在电压互感器的中性点串接单相电压互感器，这样可以增加对地的
6、励磁电抗，采取这些措施可以消除铁磁谐振。 3.1 在电压互感器的开口三角并接消谐器 消谐器的工作原理是这样的：当电网处于正常运行状态时，开三角电压为零，此时SCR是截止状态的；如果发生电网的单相接地故障，同时不满足感抗与容抗互余的条件，开口三角的绕组两端会有100 V的工频电压，工频电压产生于SCR的两极上，电感和电阻1是并联截止的状态，对工频信号产生阻波作用，电阻2的两端几乎没有触电电压，此时SCR处于比较稳定的截止状态。 如果电网中发生谐振现象，电感和电容会在开口三角的电压作用下产生串联谐振，在电容2的两端产生非常高的电压，经过倒相耦合，触发SCR并导通，开口三角的绕线会产生短路，电网中产
7、生的铁振谐振会在强烈的阻尼作用下迅速消除。 进行消除铁磁谐振效果的实际模拟实验，通过实验测出了电压互感器非接地相接地后的电压电流示波图，通过示波图可以看到：在接地前各相都为正常电压，对地电压为10 kV，频率50 Hz，电压和电流值均为零，非拉地相的电流值较小。 非接地相开始接地到接地消除这段时间内，电压值出现变化，三相励磁的一相电压为零，其余两相电压值相等，对地电压为100 V，三相励磁其中一相的电流等于零，A相电流在接地时较大，经过较短的时间后趋于稳定。 A相接地消除到消除电磁谐振装置启动前，电压的波型发生畸变，并且畸变的幅度在持续上升，接地电压的波型和接地消除前非常接近，变化周期由0.0
8、2 min上升到0.04 min，A相的电流在接地的一刹那出现冲击电流和更大的尖顶波，电网此时就出现了铁磁谐振，从波型图上观察可以看出此时二分之一的分频谐振为零。 从消谐装置启动到谐振消除这段周期内，出现了几个周期的谐振后，分频谐振出出了尖顶波，此时启动消谐装置，开口三角短接，形成了一个强有力的阻尼，谐振被消除，电压恢复正常。 3.2 在电压互感器的中性点串接单相电压互感器 对电压互感器施行伏安特性试验，通过试验结果看到对电压互感器进行加压，直到60 V时，电压互感器的电流波形发生畸变，此时电压互感器的励磁特性较差，如果电压持续升高，铁芯就会过早的出现饱和。 为了解决由于铁磁谐振而产生的过电压
9、，杜绝由于电压的升高导致的电压互感器的铁芯饱和，采取了在电压互感器的中性点串接单相电压互感器的措施。通过电压互感器的一次接线简图可以看出T1是各相绝缘监视的电压互感器，T2为串接中性点发生消除电磁谐振反应的单相电压互感器。利用在电压互感器的中性点串接单相电压互感器进行消除电磁谐振的工作原理是： 电网正常运行时，0点的电位的电压等于零，各相电压也等于0，电压互感器的各相随的电压值是相同的。 如果有一单相接地，如A相，通过观察电压的分布向量图可以看出零序电压作用在串接中性点发生消除电磁谐振反应的单相电压互感器，正序电压反应在各相绝缘监视的电压互感器，0点电位不再是零电位，而是一次线圈无法承受的线电
10、压，一次激磁电流不再受到电压的影响而发生变化，电压升高一次激磁电流不会增加。 一次回路的感抗增加，电压互感器的一次励磁阻抗增加，电压互感器不处于饱和区，这是由于系统发生了单相接地等电压升高的现象，不具备发生铁磁谐振的条件，就无法产生铁磁谐振。 将电压互感器开口三角并接的电压继电器并接到中性点的单相电压互感器的辅助线圈上，鉴定值为1520 V之间，未发生铁磁谐振。 4 结 语 10 kV配电系统在运行极易产生铁磁谐振，产生铁磁谐振时会引起电磁感应器和熔断器的烧损，引起大面积长时间的停电，因为铁磁谐振发生电力事故以后不仅会增加电力企业的经济损失，而且还会造成维护成本的增加。本文分析了产生电压互感器铁磁谐振的原因，并提出了两项消除铁磁谐振的措施。 消除铁磁谐振的措施，一是在电压互感器的开口三角并接消谐器，二是在电压互感器的中性点串接单相电压互感器，经过一段时间的运行消除电磁谐振效果良好。消除铁磁谐振的措施不会对仪表的指示和绝缘监察产生影响，安装简易，维护方便，发生电压互感器和一次熔断器烧损和熔断的事故减少，电网运行安全，供电也更加可靠，并且节省了设备维护和购置成本，取得了较好的运行效果和经济效益。