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电磁式电压互感器谐波抑制探析 　　摘要：在电力系统中，非线性负载产生的高频谐波对电网高压设备的安全稳定运行造成了不可忽视的危害。本文首先简要介绍电网中谐波产生的原理及基本概念，阐述了谐波对变电站10kV母线PT运行所造成的影响，从而通过分析加装一、二次消谐装置对电磁式电压互感器谐波抑制的措施进行了探讨。 关键词：谐波；电磁式电压互感器；谐波抑制；消谐装置； 中图分类号：TM714.2 文献标识码：A 文章编号： 1．引言 电能是我国经济和社会发展中具有重要战略意义的一种能源。随着大功率非线性负载日益增多，使谐波电流和无功电流大量注入电网，引起电网电压、电流波形发生畸变，三相不平衡和谐波谐振的出现，从而影响电能质量、电网设备安全稳定运行以及供电的可靠性。 理想的电力系统是以单一而固定的频率以及规定固定幅值的电压水平供应电能，实际上这些条件并不能得到满足。所有非线性用电设备均产生谐波，如工业过程中的电动机调速设备、整流器、电焊设备、电弧炉、机床(CNC)、电子控制机构；民用建筑中照明控制系统(调光设备)、办公自动化设备、开关电源(计算机、电视机等)、不间断电源、电子镇流器等。 2．谐波的基本概念 谐波是一个周期电气量的正弦波的分量，其频率为基波频率的整数倍。在供用电系统中，通常总是希望交流电压和交流电流呈正弦波形。在进行谐波分析时，正弦电压通常由下式表示： 正弦电压施加在线性无源元件电阻、电感和电容上，其电源和电压分别为比例、积分和微分关系，仍为同频率的正弦波。但当正弦电压施加在非正弦电路上时，电流就变为非正弦波，非正弦电流在电网阻抗上产生压降，会使电压波形也变为非正弦波。对于周期为的非正弦电压，一般满足狄里赫利条件，可分解为以下形式的傅里叶级数： 以上傅立叶级数中，频率为的分量称为基波，频率为整数倍基波频率的分量称为谐波，谐波次数为谐波频率和基波频率的整数比；例如我国电力系统的额定频率是50Hz，2次谐波为100 Hz，3次谐波为150 Hz。以上公式及定义均以非正弦电压为例，对于非正弦电流的情况也完全适用。 3．电网谐波对电磁式电压互感器（10kV母线PT）的影响 l0 kV电网是变电站到大部分电力用户的一个量大面广的电网系统，大量非线性负载用户所产生的谐波也由此进入系统。然而为了测量及监控系统运行状态，在变电站10kV线路母线中都装有电磁式电压互感器；电磁式电压互感器属于带有铁芯的电感元件，当电力系统受到某些扰动(或受激发条件作用)时，其励磁阻抗与系统的对地电容会形成非线性谐振回路。 图1 电磁式电压互感器原理结构图 Fig.1 Schematic of electromagnetic voltage transformer 电磁式电压互感器正常运行时励磁阻抗很大，励磁电流很小，所以PT铁芯不饱和，其电抗数值不变。由于电网中含有大量的谐波源，这些电气设备处于经常的变动之中，若电网参数配合不利将有可能造成PT励磁电流增大，使PT铁芯处于严重饱和状态，其励磁阻抗显著下降。当PT励磁阻抗与系统对地等效容抗相等时，就会构成铁磁谐振从而产生谐波电流或电压。谐振过电流会引起电压互感器一次熔断器熔断或烧毁，而较高的谐振过电压影响PT绝缘性能，甚至造成绝缘破坏或击穿、危及到电网的安全运行，因此必须采取有效的措施对谐波进行抑制。目前在变电站10kV高压成套设备中，已广泛采用在电压互感器柜中装设一、二次消谐装置的方法来消除谐波。 4．消谐装置抑制谐波的原理及分析 4.1 一次消谐装置的谐波抑制 4.1.1 电磁式电压互感器励磁电流的波形 一次消谐器安装于电压互感器一次侧的中性点与地之间，消谐器上的电压由电压互感器铁芯的励磁电流产生，因此首先分析励磁电流的波形。电压互感器是由带铁芯的绕组构成，由于铁芯伏安特性具有非线性特征，当一次绕组接入所产生的磁通超过饱和点时，绕组中励磁电流呈尖顶波状，如图2所示。若将尖顶波分解，可得基波和高次谐波，其中以3次谐波的含量最高。由此可见，在制作电压互感器时，所去磁通密度的高低（即铁芯的质量与用量)决定了谐波含量的多少。 图２ 磁通、励磁电流波形示例 Fig.2 Examples of flux and field current waveforms 图3 基波与谐波叠加 Fig.3 Superposition of harmonics 4.1.2 电压互感器励磁电流的3次谐波分量 以常用的JDZJ-10型电磁式电压互感器为例，有的生产厂家为了控制励磁电流大小，一般在二次绕组100/侧加压，58V时，换算到一次绕组10000/侧，。用谐波分析仪测量的