电压互感器铁磁谐振及其消谐措施.doc

五、关于电压互感器的铁磁谐振及其消谐措施。 1、谐振条件 在中点不接地系统中，由于接地保护的需要，三相电压互感器的中点是直接接地的，因此电压互感器与电网线路对地电容并联而形成谐振回路，电磁式电压互感器的电感是非线性的，这种谐振回路为非线性谐振回路，或称铁磁谐振回路，如图5-1。 通常，在正常运行时，电压互感器的感抗XL远大于电网对地电容的容抗XC，即XL与XC不会形成谐振，但由于某些原因，例如单相接地故障、线路合闸、雷电冲击等等，使电压互感器的电感量发生变化，如果XL与XC匹配合适则将产生谐振。 由于电网中点不接地，正常运行时互感器中点N＇和电源中点对地同电位，即中点不发生位移，当发生谐振时，互感器一相、两相或三相绕组电压升高，各相对地电位发生变动，但因电源电势由发电机的正序电势所固定，EA、EB、EC保持不变，在电网这一部分对地电压的变动则表现为电源中点发生位移，而出现零序电压，这就是说，谐振的发生是由于中点位移而引起的。 假定当A相电压下降，B、C相电压升高，则A相显容性，而B、C相显感性，等值电路图如图5-2所示。 如图，三相中各阻抗不对称，电源中点产生位移，在一定条件下将产生谐振。 根据图5-1，解出中点位移电压如下式： （1） ， 代入得： （2） 由（2）式可看出，当时则U0无穷大，即要发生谐振，这也意味着只有当电压互感器的感抗与线路容抗在一定比例下，谐振才会产生。有人（HA.Peterson）对此曾做了专门的模拟试验，得到了谐振范围的曲线，如图5-3b所示。模拟试验用互感器的V-A特性如图5-3 a。 5-3 a非线性电感的伏安特性曲线 U—试验电源相电压 U(—非线性电感额定电压 I*—电流标幺值 5-3b 不同谐振区域 ， —额定线电压下非线性电感的励磁感抗 从图5-3b可看出，谐振有可能是分频谐振（低于工频，一般为工频），也可能是工频谐振，或高频谐振。 图5-3b中XC为线路的每相对地电容（线性的），XL为电压互感器每相绕组在电压下的励磁感抗。显然，当XC / XL＜0.01时，谐振不会发生，当0.01≤XC / XL≤0.1时，会发生分频谐振，而且起振电压很低；当0.1≤XC / XL≤1时会发生工频谐振（基波），XC / XL≥1时进入高频谐振区。 由此可以看出，分频谐振是容易发生的。西安交通大学用大一互提供的JDZX18-10，JDZX9-10G及JDZX9-35Q电压互感器的V-A特性采用EMTP电磁暂态软件进行了仿真计算，其谐振范围与上模拟试验曲线有些差别，例如：=0.00159~0.0133，发生分频谐振，=0.00159~0.312发生基频谐振，=0.133~26.7，发生高频谐振。 谐振的发生必须有激发条件，即必须有使电压到感器的电感量发生变化的条件。系统中激发条件往往是：空载母线或送电线路的突然合闸；单相接地故障（非故障相电压升高）；传递过]电压及经消弧线圈接地的系统有时消弧线圈退出运行，等等，这些激发条件以单相接地故障最频繁。 2 谐振的基本特性 a、工频谐振（基波谐振） 试验和分析表明，由互感器引发的基波谐振表现为一相电压降低，两相电压升高，且中点移到线电压三角形之外，各相电压相量图如图5-4。 基波谐振产生的过电压幅值一般不高，对地稳态过电压不超过2倍，暂态过电压也不过3.6。 b、高频谐振（三次谐振波谐振） 在中点绝缘系统中，由于电源不能向电压互感器提供三次谐波励磁电流，而使铁芯中磁通为平顶波，含有三次谐波磁通，对于三个单相电压互感器而言，三次谐波磁通可在每相电压互感器铁芯上流通，因而产生三次谐波电势，使中点位移产生而发生谐振。 高频谐振的表现是三相电压同时升高，即在工频电压下迭加三次谐波电压 ，因为各相基波电压与三次谐波电压均相等，所以三相电压指示相同。 高频谐振通常在空母线合闸的激发条件下产生。有时，变电站出线很短是也会发生。 高频谐振会产生较高的过电压，最高可达3。 c、1/2分频谐振 除了基波和三次谐波谐振以外，电压互感器的铁磁谐振电路还可产生低于电源频率的分次谐波谐振，其中大多数为1/2次谐波谐振。 1/2分频谐振时，其谐波波源必然存在电源中点与互感器高压绕组中点之间，即在UNN，中，它是零序性质的。因此，分频谐振电压一般都认为每相对地电压为电源电势（基波）和中点位移电压（1/2次谐波）的相量和。其均方根值为，— 电源相电压—次谐波谐振时中点位移电压。 由此可见，1/2分频谐振表现为三相对地电压同时升高，实际上谐振频率与1/2工频略有差别，所以，电压表计以低频来回摆动。 1/2分频谐振过电压不高（不超过2），这是由于铁芯深度饱和所致。因为频率减半，互感器铁芯中磁密要比额定时大1倍，使铁芯饱和，励磁感抗急