电压互感器的铁磁谐振及其消谐措施.docxVIP

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。

L CL C L C通常，在正常运行时，电压互感器的感抗X 远大于电网对地电容的容抗X，即X 与X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X与X匹配合适则将产生谐振。

L C

L C L C

A B C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，E、E、E

A B C

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

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：

? ? ?

?AU /??EAY

?

A

E Y

B

E Y

C （1）

NN Y ?Y ?Y

A B C

1

Y ?j?c， Y

A B

?Y??j

c

?L

代入得：

E(?c??

E

A

1)

?L （2）

/U ??

/

NN?? 2

NN

c??L

由（2）式可看出，当?c??

2

?0时则U

?

0

L

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

x ?1 ，x

C0 ?C

0

5-3b不同谐振区域

L0—额定线电压下非线性电感的励磁感抗

1

从图5-3b可看出，谐振有可能是分频谐振（低于工频，一般为2工频），也可能是工频谐振，

或高频谐振。

图5-3b中X 为线路的每相对地电容（线性的），X为电压互感器每相绕组在 3U 电压下

C L ?

C L C L的励磁感抗。显然，当X /X＜0.01时，谐振不会发生，当0.01≤X /X≤0.1

C L C L

谐振，而且起振电压很低；当0.1≤X /X≤1时会发生工频谐振（基波），X /X≥1时进入高频

C L C L

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

X

谐振范围与上模拟试验曲线有些差别，例如：

XC=0.00159~0.0133，发生分频谐振，

L

X

XC=0.00159~0.312发生基频谐振，

L

X

XC=0.133~26.7，发生高频谐振。

L

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U ，暂态过电压也不过3.6U 。

? ?

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

图5-4 基波谐振向量图

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3U 。

?

c、1/2分频谐振

除了基波和三次谐波谐振以外，电压互