关于电压互感器的铁磁谐振及其消谐措施讲义

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。图5-1电压互感器接线图图5-1电压互感器接线图图5-2不对称阻抗产生的中点位移电压图5-2不对称阻抗产生的中点位移电压假定当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5-3a。5-3a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。圾图俘5-3岂b统中池X澡C糟为线路的每相塔对地电容（线究性的），体X大L碑为电压互感器简每相绕组在成电压下的励磁脸感抗。显然，剑当傍X朵C岩/X派L误＜滋0侦.苍0永1宰时，谐振不会扮发生，皮当陵0.0巧1荣≤纳X胸C疼/X哨L泄≤件0.1惠时，会发生分甜频谐振，而且雀起振电压很低宵；躲当铸0.鱼1膊≤搬X悲C筑/X黎L盐≤申1捎时会发生工频形谐振（基波）弓，头X领C障/X纸L转≥滔1堆时进入高频谐烛振区。粉由此可以看出剖，分频谐振是槐容易发生的。承西安交通大学势用大一互提供时的陈JDZX18吉-1弹0客，锣JDZX9-铁10赌G火及砌JDZX9-吃35甲Q铲电压互感器歇的业V-说A畏特性采辰用扬EMT嫁P揉电磁暂态软件迅进行了仿真计附算，其谐振范斑围与密上面模拟试验曲线捧有些差别，例润如：潜=0.001宫59~0.0或13共3刺，发生分频谐懂振，子=0.001辆59~0.3淘1朴2顿发生隔基漠频谐振，弓=0.133幼~26.滤7肿，发生高频谐殃振。遗谐振的发生必公须有激发条件向，即必须有使钥电压到感器的跟电感量发生变辨化的条件。系伶统中激发条件秀往往是：空载劣母线或送电线徒路的突然合闸收；单相接地故涂障（非故障相易电压升高）；偏传递覆过盯]赚电压及经消弧轿线圈接地的系息统有时消弧线甜圈退出运行，家等等，这些激舒发条件以单相便接地故障最频毙繁。干2旁嚼谐振的基本特颗性哈a带、工频谐振（霉基波谐振）件试验和分析表债明，由互感器骆引发的基波谐协振表现为一相输电压降低，两叛相电压升高，牧且中点移文到线电压三角文形之外，各相真电压相量图如醉图尊5-致4伴。天基波谐振产生某的过电压幅值线一般不高，对休地稳态过电压堪不超稠过伪2功倍冬，暂态过电压域也不赚过半3.6汗。殊b糕、高频谐振（符三次谐振波谐盖振）图5-4基波谐振向量图意在中点绝缘系盗统中，由于电疲源不能向电压驶互感器提供三唉次谐波励磁电明流，而使铁芯巾中磁通为平顶胡波，含有三次廉谐波磁通，对纤于三个单相电仙压互感器而言仇，三次谐波磁围通可在每相电腔压互感器铁芯维上流通，因而柏产生三次谐波勉电势，使中点悲位移产生而发薯生谐振。图5-4基波谐振向量图袄高频谐振的表消现是三相电压玩同时升高，即车在工频电压下百迭加三次谐波施电陵压焰径，因为各相基担波电压与三次采谐波电压均相携等，所以三相拍电压指示相同您。应高频谐振通常弦在空母线合闸常的激发条件下写产生。有时，搜变电站出线很任短是也会发生言。艰高频谐振会产龟生较高的过电赖压，最高可川达疲3验。念c子、就1/喘2隆分频谐振办除了基波和三碧次谐波谐振以盒外，电压互感刚器的铁磁谐振敲电路还可产生帅低于电源频率军的分次谐波谐泡振，其中大多台数犹为伶1/释2下次谐波谐振。猛1/暴2朽分频谐振时，秋其谐波波源必舱然存在电源中榜点与互感器高帖压绕组中点之反间，即在下U灶NN道，驳中，它是零序益性质的。因此纠，分频谐振电梳压一般都认为睡每相对地电压石为电源电势（槽基波）和中点公位移电压疯（粥1/堆2化次谐波）的相笔量和。其均方纸根值为熔，拉—温孙电源相电压凑—璃次谐波谐振时盯中点位移电压腹。光由此可见腰，龟1/唇2均分频谐振表现弄为三相对地电菠压同时升高，挪实际上谐振频萄率警与峰1/厅2音工频略有差别友，所以，电压器表计以低频来蔬回摆动。堂1/余2分分频谐振过电参压不高（不超飞过祖2慈），这是由于震铁芯深度饱和生所致。因为频钟率减半，互感储器铁芯中磁密纺要比额定时泻大尝1则倍，使铁芯饱象和，励磁感抗般急剧下降，因波而高压绕组流获过极大的过电怕流，一般可达辉几十倍甚至上区百倍额定电流冷，使互感器过蓝热并产生电动朽力的破坏。哄由于是热和电揉动力的破坏，怜互感器往往有打一发展过程，徐表现为互感器倚冒烟、熔丝熔防断、油浸互感陕器喷油等。慈如果倘X变C洋/X漏L管处在两种谐振缎区的交界处，席有可能是发生俩基波振而后转搂入分频谐振。确1/僻2抄分频谐振的激钓发条件大都是招单相接地故障门又突然消除的稀暂态过程。由袭于其起振电压扬较低，在一定奇电网条件凭下疾1/西2停分频谐振是最跨容易发生的，灰而且破坏力很忘强，也是互感闻器出现烧坏事荣故的主要原因即。3、消谐措施育35K肉V呢级以下电力网义电磁式电压互份感器的铁磁谐疲振现象，曾经问引起电力部门傅的高度重视，脊消除铁磁谐振灌的措施有两大欣类：破坏谐振玩条件，阻尼谐绕振。膛属于第一类的释有：增加网络风电容，使清≤保0.01涨，不使用电磁着式电压互感器绸，采用电压互孙感器中性点经振零序电压互感得器接地，（针什对接地故障）赵；第二类措施绞是在二次或在铸互感器中点对昂地加电阻。另飞外，对电压互臂感器有较好的龄励磁特性减少辨谐振的发生，恒也是有作用的航。互感器较好筹的励磁特性是抗建立在降低互年感器额定磁密壳上的，但这很同有限，因为受妇互感器容量，玉准确级及开关后柜的尺寸及制领造成本的制约讽，额定磁密不门能降到很低的徐。现代大连第燕一互感器厂互叮感器已经作了萍尽可能的降低拍。通观国内外粉情况，及使用养常用的优质冷轧轧钢片瞧（松Z1曾1练－拖0.35捆，鸭Z1渡0然－践0.35烤），互感器在朴额定电压因数刻电压下，磁密惹不超过端1.6塞T淋～书1.65T光，同时，在生次产控制上也严筒格控制了励磁情特性的不一致洗性的偏差。蜡3熔．肢1网阻尼谐振绵阻尼谐振措施逢包括以下两类荣二次回路加电高阻图5-5二次加消谐器接线图长在互感器开口随角回路加阻尼般电阻，有固定躺电阻和电子型旨，统称二次消威谐，电子型目宰前普遍采用的搭微机型消谐器耍其接线如怖图薯5-勇5语，其原理是，符电压互感器发项生铁磁谐振时裤，中性点产生工位移，使三相剖电压不对称，武互感器饱和，罚出现零序磁通躬，高压绕组流狠过零序电流，暖在开口角两端仔，要感应零序讯电压，接有电企阻时，则有零柴序电流流通。胀这个电流是对功高压绕组中的端零序电流所建烈立的磁通起去肤磁作用的。二宾次零序电流越幻大，去磁效果伞越大，短接时泼效果最好，如彩果长期处于短怎接状态，则可研能不发生谐振局。但短接对互燕感器是不能长传期运行的，只尝允许运行嘴1s闭以内。因此利泊用可控硅，在况发生谐振时，枝由际CP涨U浴采集数据，超匆过正常电压值某后使可控硅导铜通，使谐振瞬撞间消除。谐振扶消失后，可控杀硅又恢复阻断非状态。图5-5二次加消谐器接线图吹这种消谐器的拘致命弱点是一烧旦可控硅阻断播失效，即开口图三角处于永久核性短路，在单棚相接地或清其他故障使三冒相电压不平衡贤时，电压互感映器即处于短路庄运行，会烧坏杠互感器。这种剑消谐器失效而纺造成互感器损锡坏已经不体是帮“膨危言耸阀听针”闲，事实上已经成发现过吧，贯“着瞬间消盼谐台”皆的概念也是不同确切的。谐振耀一旦发生，要匠消除总得有个欲过程。尤其是际由于采集数据览的延时，可能产错过阻尼的最宝佳时间。头其疮“南瞬餐间辞”卸如果超循过穗1罚s派，则已不保护黎互感器的安全饥了，因为互感仙器短路运行只灵允许议1s盖。过去的这类榨消谐器对可控栗硅阻断失效没您有显示，运行律人是不可检查玉，不会发现，丹这又是其弱点筹。奴b唉）互感器高压许中点经电阻接沙地说互感器高压中可点经电阻接地艘，此称一次消雾谐，接线图如染图隔5-田6虹，电阻可以是巷线性的，也可脏以是非线性的驰，对于非线性堆电阻，在工作章时，可保持中丹点对地电位不晶超过互感钥器藏N息端对地的绝缘则水平。图5-7单相接地及消失时的电容电流途径图5-6互感器高压中点经电阻接地接线图图5-7单相接地及消失时的电容电流途径图5-6互感器高压中点经电阻接地接线图建其消谐机理是席单相接地消逝撑时线路在由线室电压恢复到相亩电压的过渡过盖程中，电容放绩电电流只能通头过电压互感器式高压绕组入地容，理论分析（旨计算机仿真）零及实测表明，在这过电流的频绞率很低，特别居是电容较大的蚊网络中其频率浩只有几煌个思H竖Z缩。我们称此为羞超低频振荡电走流。这个放电沃电流一般可达药到上百倍互感召器正常的励磁饥电流，因而会闲使互感器饱和训，激发谐振也枝会使高压熔断奶器熔断，由于含放电电流可达展到熔断器瞬间盖熔断的电流，芒因此，往往深帮断器熔断，而飞保护了互感器拨，但有时这个每电流小于熔断让器瞬时熔断值拘，而引发谐振侄，则烧坏互感苹器。当在中点潮经电阻接地后切，这个电阻即筋限制了放电电唤流，从而防止钩了熔断器熔断侄和谐振。单相催接地电容放电范电流如领图陷5-旅7宴。密电阻的选择，淡目前是通过试咐验和计算决定看，而西安交通肥大学用计算法仙得出，临界电葱阻籍为称5.6沫%醒互感器相电压蜻下的感抗值。仿一次消谐器也纲有一些弱点，众即电阻的热容责量如果不够的蒜，会引起电阻射的损坏，而失炮去消谐作用，碑一次消谐电阻酷如果过大，会尼产生危嫌及娱N驶端对地的耐压璃水平。姑一般胖，互感旅器多N范端对地耐压水腊平润为判3k龙V修，开1扭min莫，所以要求消刺谐电阻上产生暮的压降应低溉于岸3k阁V下。选用时要注贡意。另带外甩,赌该消谐措施带钳来一个弊病是泰三次谐波电流亡在电阻上产生房压降，已使开难口角回路滤出鸣的三次谐波电脆压影响正常鼓运行，也造成线三相电压不平据衡。支3匪．期2森破坏谐振条件昏互感器高压绕捷组中点经零序轿电压互感器接丰地，即所卡谓姻“昌4V泡T砍”负接法，属于破浅坏谐振条件（挣指单相接地）浴类消谐措施。图5-84PT接线图耕接线路图如睛图疯5-艰8祥，是由三个单钉相全绝缘电压侄互感器和一个傲半绝缘（或全啊绝缘）单相电跪压互感器构成俗。其消谐原理圾是，当单相接茫地时，电压互味感器的一次电滔压出现零序和子正序电压，其蛾正序电压施加纤在接成三相星业形的梢主扑P未T集上，即锈主粉P杠T赠上的各相电压旱不发生变化，榜而零序电压（祝每相零序电压吃为电源相电踢压雄U历φ堂）则由三相册主赤P烈T剂和零序电压互盗感器承担，由联于三相樱主指P嚷T臭的零序绕组（剖开口角回路）跳短接，其零序虎阻抗很小，与皆零序电压互感谱器的阻抗相比精可以忽略，如强此，零序电压遍就几乎全部加勇在零序电压互费感器上，即零彻序电压互感器潮有相电压产生盗，其二次侧有天电压输出而发玉出接地报警。燥当接地消逝时吗，电容放电电搭流亦通过仓主盟P吉T堪一次绕组和零拨序啄P知T蝴一次绕组至地等，由于零氏序磁P呜T倚的高阻抗及较若大的直流电阻棚抑制了这个放宪电电流，不致调引起互感器饱评和而不发生谐艘振。图5-84PT接线图许由鼻图神5-8鬼撑还可以看出，沟电压表所测量贡的是各相对地珠的电压，即为偏各二次绕组的零电压与零序互主感器的电压之骡和（相量和）犹。因此正常运柄行时，电压表袍测量的是相电恐压，而在单相顷接地时则由于阶零序电压互感妇器二次侧有相符电压，其方向讽与接地相的正悔序电压方向相叮反，即接地相稠的电压表读数所为决0傲，而其他非故壤障相的电压上羞升到线电压。质其二次相量图花如艺图胁5-票9舅。因此，该接超线可以反映接帝地的相别。图5-10JSZF-10三相防谐振电压互感器接线图冒根据这种原理柴，我公司曾经牢开发了三相防遮谐振电压互感扭器，其型号检为掏JSZF-1芝0智型，其接线图雕如陶图覆5-10卸盆。图5-10JSZF-10三相防谐振电压互感器接线图们其地中热j兆1您—挨j援2恰端子为零序电堤压输出季为叛100远V芹，控而鸦j2-竹n构端子的电压置为更100逆/葵√目3涌V忠。这种三相互舞感器为三相三挤柱，其零序阻陕抗很小，所以线零序互感器测立量的电压基本趣上是一次零序攻电陷压坦U移φ智理论分析和实费际运行经验表蚕明，上述这种膝主崭P砍T猫开口角短接出的尤4P吼T惰接线还有不完洽善的地方，还估不能有效地抑死制超低频振荡绍电流和消除谐筐振，还偶尔有御烧坏的事故发粘生。该接线，冠由于开口角回晒路短接，当系宴统中出现单相滔断线，变压器锅空投母线，单火相弧光接地等吼非正常工况下兴，由此产生的再零序电压而在膝开口角回路形追成的环流，在丑电容量较大的遥电网中，这个汽环流可能超过畜互感器的热容汤量而被烧坏；腿另外，该接线甜测量的零序电扛压不准确，同捐时，因为零序皱电压互感器是袋常规的产品，息其感抗和直流候电阻较小，没己有达到抑制超扣低频振荡电流尾的要求，据此低，为更加可靠堵地安全运行，曾大连零序科技雹开发有限公司供提啊出扔“玩4P先T愧”盛的优化方案，伴该方案经大一接互的模拟试验浓进行了验证。码优化方案主要决有两点：其一虏是接线优化，凑将反主版P列T遇的开口角打开漫与零懂序忌P羊T刷的一个绕组串锋接接至电压继勤电器；其二是寄，保零眠P世T粗的直流电阻和雁感抗加大了很浇多，即零纹序表P极T兰是特殊设计的你。这种互感器屈组我们称为抗挎谐振阻振荡电地压互感器。其蓬产品说明书附弓后。优化接线陆的原理是，测壤量零序电压准垮确，因为逝主凭P纠T透的开口角和零讲序互感器是串长接，即其两端欠电压是坛主师P米T圆承担的零序电晚压之和，消除苦开口角短接的旋接线方案中只殊有零序电压互僵感器承担的零绑序电压，而不床存在测量零序糠电压不准确的洞缺陷，同时，椒由于两个回路敢的串联，正常脸运行时三次谐缓振电势则相互悦抵消，从而没耗有三相电压不冰平衡和开口角隔回路电压超标吸的麻烦，还有永，零序电压互钟感器的直流电雁阻加大，加大机到与一次消谐达器的电阻值接较近，有效地抑奋制超低频振荡要电流。这一优乓化方案，通过转了在铁岭电业猪局一拖个环10k扑V币的变电所的单叮相接地试验，绳该试验的电容馋电流晌达汪32删A慰，试验结果是侵预期的。殿为此，我们现督在推广的是优祖化齐的不4P狮T涛方案。趋归纳一下，三型种消谐措施比炮较，二次消谐翠器对谐振发生迎后起着阻尼作绘用，能减少或亮消除谐振对互禾感器的破坏，久但它对超低频仪放电电流的抑秃制不起作用，钩而不能消除熔沟断器频繁熔断虹的现象，一次课消谐器的应用求，能有效地消狐谐，同时也很尤好抑制超低频病放电电流，但荐其麻烦是正常讯运行时三相电疑压不平衡和零谋序电压超标，应以及中性点对纯地的电压可能密超过互感器的新绝缘水平，甚各至消谐器的热扎容量可能不够稻也导致消谐器对自己被烧坏而责失去消谐作用吨。因此，必须久采取一些补救选措施才能得以辅安全运行。厚开口角短接婚的习4P慢T据接线对消谐和忧抑制超低频振水荡电流都是有霜效的，但有其苏测量零序电压北不准确和开口宴角内的环流会质导致互感器有烂烧坏的隐患，否因此而不完善对，开口角打开虚的墓4P格T仿接线及零序电表压互感器的特惊殊设计，消除知了开口角短接蚁的茎4P悟T漆接线的缺陷，蕉因此，目前，艺该方案是较优孔的消谐方案。隐但要注意，试斜验证门明止4P恳T蚂接线方案只能哀是保护自己，宫而不能消除系耻统中其他券非偏4P忆T龟接线的互感器兵，这就是说，坛变电所中，无焦论进线，出线忧都应野用网4P聚T漆接线方案，不破能只是某一侧美单独采用密抗谐振阻振荡炉电压互感器说蓬明书木抗谐振阻振荡棍电压互感器适泳用境于触10k谨V售以下中点非有武效接地系统（偿绝缘系统和共听振接地系统）宽中作电能、电糠压测量和继电龙保护及绝缘监总测（接地保护益）用，在绝缘贤系统涨中至,旱它具有抗铁磁闸谐振过电压与窝抑制超低频振您荡过电流的独堡特功能，能有垒效地防止电压盖互感器高压绕音组烧损和高压腿熔断器熔痒断炭;皱在共振接地系博统红中微,蜂它具有抗各种温内部过电压的喉功能。渔1骑.中抗谐振阻振荡苍电压互感器的腔构成与接线痛抗谐振阻振荡胳电压互感器由繁主电压互感广器众T蔑与零序电压互疫感扁器滔T黑0妖构成，其竹中闸T情由三台单相电偿压互感器组成护并接成星形，典其高压绕组中刘性点投经鉴T毫0词接地，原理接面线图如或图厕1冰。危图卫1梢抗谐振阻振荡瓦电压互感器原吸理接线图轨图请1柄中，组成主电妨压互感酒器止T宜的三台单相电迈压互感器为全倚绝缘型，其技进术参数与普通寻单相接地电压纠互感器相同；填零序电压互感块器愤T述0己，为半绝缘型污，它有两个二价次补偿绕组：送一个是电压补愧偿绕组，其额株定电压省为游U虏N苹/巾√尊3呈（即额定相电矩压），端子标抬志乡为售a-胸n个；另一个是零自序电压补偿绕负组（称补偿绕排组），端子标岸志灰为侮da-d彼n魄，额定电压萄为牺100兴V际。零序电压互冲感器的技术参境数，明显区别所于常用互感器寿。众抗谐振阻振荡电电压互感器是夹按专利技术生第产专利号为属：嚼200420默07047.沫1欺2愤．产品型号与