如何用电压互感器本身特性控制铁磁谐振电流「电压互感器谐振」

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本文重点说明铁磁谐振原理和怎样利用电压互感器本身特点控制铁磁谐振。

由非线性电感（铁心线圈）和线性电容组成的回路，当外施电压发生变化时，由于电感的变化而产生的谐振，这种现象成为铁磁谐振。

传统的电压互感器容易与电网发生铁磁谐振，铁磁谐振产生的过电流和过电压会损坏电磁单元零部件，影响产品性能，怎样才能简单可靠有效地消除铁磁谐振是电网目前面临解决的难题，设计一种本身呈容性的电磁式电压互感器势在必行。

电力系统发生铁磁谐振情况

1 发生铁磁谐振机理

a）电压互感器铁芯励磁特性为非线性，与电网的分布或杂散电容在一定条件下可形成铁磁谐振。通常电压互感器的感抗大于电网的容抗。当电网正常操作或某种暂态过程会使铁芯饱和，此过程电压互感器的感抗降低，当与电网的容抗相等时，将出现铁磁谐振。

b）谐振的谐振频率：谐振频率由电网电容值而定，可为工频和较高或较低的谐波。铁磁谐振产生的过电流和或高电压都会造成PT的损坏，特别是低频谐振时，电压互感器的励磁阻抗大为降低而导致铁芯深度饱和。更易引发铁磁谐振。

c）发生铁磁谐振情况：电网本身存在电容(线路对地的分布电容)，输变电设备---断路器的断口有并联电容，变压器和电压互感器本身是一个感性元件。在电力系统正常运行时，需要断路器正常动作，当切合线路(尤其是切合空载母线)时，会出现操作过电压，在此过电压下，电压互感器工作点移动，使PT的铁芯趋于饱和，电感变化，当电网的感抗

与电网容抗恰好相匹配时，发生电磁谐振，产生过电压烧毁PT。

2 谐振分类

a）并联谐振又称电流谐振，电路图如下：

b）串联谐振又称电压谐振，电路图如下：

3 电网中消除铁磁谐振方法

a）加装避雷器来限制过电压；

b）在电压互感器一次、二次侧加装熔断器；

c）在电压互感器中性点加装消谐器(电子型、电感型、电容型等，在使用中都有出现过误动作的情况)。

d）用CVT（但CVT存在有低频谐振、误差受温度及频率影响的缺点）。

电压互感器本身呈容性设计要点

电磁式电压互感器设计能使产品本身是容性负载，消除了与系统发生电磁谐振的可能性，依靠以下设计特点来实现。

1 合理选择铁心的磁密。

2 选择合理的铁心结构和叠片方式。

3 绕组的特殊设计—增加绕组的杂散电容和寄生电容

a）层间绝缘材料的选择—选择介电常数大的材料；

b）合理选择绕组的径向和轴向尺寸比例；

c）一次绕组采用阶梯式排列。

举例

1 铁芯的磁密

例：220kV产品：Bm=0.4237T.

电压倍数：460÷（220/√3）=3.62在工频耐压460kV下的磁密Bmax=1.534T铁芯的拐点一般在1.6T左右。

可见：电网过电压在(1.0～3.62)倍额定电压内，电压互感器铁芯工作在线性段。电压互感器的感抗基本不变，因而不会出现与电网的容抗相等的可能性，从根本上切断了铁磁谐振的条件。

2 产品呈容性

当电压＜2UH时，电压互感器的负载性质呈容性。

3 与电网的模拟谐振试验

电网中以切合空载短母线(10M)和开关的并联电容时，电网电容为最大，作为模拟谐振试验的参数。与电压互感器作实际的模拟谐振试验。

试验结果证明：在开关切合多次时，会出现操作过电压，电网不会与呈容性的电压互感器引发铁磁谐振，电流和电压波形无畸变

结论

要彻底解决谐振过电压，最根本的方法是电压互感器本身呈容性，切除了发生谐振的必要条件。这样，能充分发挥电压互感器的优点（误差性能稳定；无铁磁谐振的可能性；绝缘性能稳定；在现场检验方便；运行安全可靠；维护方便等）。

（摘编自《电气技术》，原文标题为“利用电磁式电压互感器本身特性控制铁磁谐振”，作者为刘秀凤。）