铁磁谐振对电压互感器的损害及消谐措施.doc

铁磁谐振对电压互感器的损害及消谐措施 毛敬伟 谭锋 河北省邯郸电力设备厂 (056004) 【摘要】　本文从理论上阐述了铁磁谐振过电压的产生机理及对互感器的损害，并提出了消谐措施。 【关键词】　铁磁谐振　电压互感器　损害　消磁措施 1　铁磁谐振过电压产生的机理 在最简单的带铁芯电感L和电容C与电源E的串联回路中，电容压降此主题相关图片如下：，电感压降UL =I·ωL。 由于与Uc 和UL 反向，所以此主题相关图片如下：式中　Uc--电容压降 　　　UL--电感压降 　　　I--线路电流 　　　E--电源电压 　　　L--电感量 　　　C--电容量 　　　ω--2πf 此主题相关图片如下： 图1　串联铁磁谐振电路特性曲线 由于铁磁电感具有非线性特征，求解这一电路采用图解法。图1表示UL－I、Uc－I的伏安特性。可以看出，Uc－I是一条斜直线，而Uc－I具有铁磁饱和的特性，它们相交于e点。图中同时画出Δu与I的关系曲线，它和E直线相交于a1，a2，a3三点，在三个点上，E=Δu时，称为平衡点，即电路可能的工作点。由图可知，电源E没有足够大扰动，则电路便稳定工作在a1点，电感和电容上的电压分别为 和，且 ，故 电路呈感性，这时电流较小，电路处于非谐振状态。但由于10kV配电系统大多采用中性点不接地方式运行，其线路(尤其是电缆出线)对地存在分布电容，当系统运行正常时，各相电压互感器的感抗相等，中性点电压等于零。但如果当线路因断线、雷击或其他原因而产生单相接地故障时(如A相)，接地相对地电压降到接近于零，而非故障相对地电压上升倍，导致严重的中性点位移，中性点对地电压升高，系统的稳定性和对称性遭到破坏。 另一方面由于中性点不接地运行方式的主要特点是单相接地后，允许维持一定的时间，一般为2h，不致于引起用户断电。但随着中压电网的扩大，出线回路数增多、线路增长，中压电网对电容电流亦大幅度增加，在发生单相接地故障时，其接地点电阻较大且接触不良，因而在接地点出现瞬燃瞬熄的电弧放电，从而造成电压瞬高瞬低，同时引发电能、磁能的振荡。 单相接地时接地电弧不能自动熄灭，必然产生弧光过电压，一般为3～5倍相电压甚至更高，致使电网中绝缘薄弱的地方放电击穿，并会发展为相间短路造成设备损坏和停电事故。对于全部(或大部分)是电缆出线的电网，网络的电容电流会更大，单相接地后电弧不能自行熄灭，产生的弧光过电压可能导致相间短路而电缆放炮。所以当线路发生单相接地故障时，就会使电源电压瞬间升高，工作点越过ΔU－I曲线的最高点达到a2点，但a2点并不是稳定工作点，因为电路中电流一旦偏离a2点而增大时，电源电势E便大于ΔU，使回路电流I继续增大，这使带铁芯电感更加饱和，L值进一步下降，I随之增加，达到串联谐振点e点，在e点ωL=1/ωC，理论上此时过电压将趋于无穷大，但e点也不是稳定工作点，随着电流激增L将继续减少，电路就自动偏离谐振条件而跃变到新的稳定工作点a3为止，此时，虽然工作点已偏离理论上的谐振工作点e，但这时电流已经很大， 、 都很高，所以我们说电路仍处于谐振状态。此时由于 ，电路呈容性。从以上分析可以看出，所谓铁磁谐振就是由于铁芯饱和而引起的一种跃变过程，由于a1点到a3点的跃变，使电路由原来的感性状态转变为容性状态，电路相位发生180°反转。 通过以上对串联铁磁谐振电路的分析，我们就能够明白，当线路发生单相接地时，两相电压瞬时升高，三相铁芯受到不同的激励而呈现不同程度的饱和，电压互感器的各相感抗发生变化，各相电感值不相同， 中性点位移产生零序电压。由于线路电流持续增大，导致电压互感器铁芯逐渐磁饱和，其电感迅速减小，当电感降到满足ωL＝1/ωC时，即具备谐振条件，从而产生谐振过电压。在发生谐振时，电压互感器一次励磁电流急剧增大，使高压熔丝熔断。如果电流尚未达到熔丝的熔断值，但超过了电压互感器额定电流，长时间处于过电流状况下运行，必然造成电压互感器烧损。 2　消除铁磁谐振的技术措施 (1)　选择励磁特性好的电压互感器或改用电容式电压互感器。 (2)　在同一个10kV配电系统中，应尽量减少电压互感器的台数。 (3)　在三相电压互感器一次侧中性点串接单相电压互感器或在电压互感器二次开口三角处接入阻尼电阻。 (4)　在母线上接入一定大小的电容器，使容抗(Xc)与感抗(XL)的比值小于0.01可避免谐振。 (5)　系统中性点装设消弧线圈。 (6)　采用自动调谐原理的接地补偿装置，通过过补、全补和欠补的运行方式，来较好地解决此类问题。 目前自动调谐接地补偿装置主要是由五大部分组成：接地变压器、电动式消弧线圈、微机控制部分、阻尼电阻部分、中性点专用互感器和非线性电阻。接地变压器是作为人工中性点接入消弧线圈。消弧线圈电流