唐海燕

（余杭供电局，杭州 311100）

由于技术和成本的原因，电磁式电压互感器（TV）广泛应用在35 kV及以下非直接接地系统。为测量各相对地电压，TV的一次侧中性点均直接接地。在单相接地、雷击、倒闸操作等外部因素激发的情况下，系统的稳定性和对称性被破坏，引起电网中性点位移，电网对地阻抗差异较大，TV三相励磁电感饱和程度不一样，极易与系统对地电容构成谐振回路，引起铁磁谐振，导致对地电压升高，流过绕组的电流增大，TV熔丝熔断，甚至是避雷器爆炸、TV烧毁，严重威胁电网的安全运行。

1 TV铁磁谐振的产生机理

在35 kV及以下中性点非直接接地系统中，为监视系统各相对地绝缘情况，TV一次侧通常采用星形接线，中性点直接接地。TV电感与系统对地电容并联，构成如图1所示的等值电路。

图1 TV与线路对地电容构成的等值电路

图1中，各相TV励磁特性相同，铁芯不饱和时，L1=L2=L3=L0（L0为铁芯未饱和时的电感），三相对地电容基本相等，电源电势EA，EB，EC为三相对称电源，中性点O的电位U0：

式中：Yi为相对地导纳，

正常运行时，EA+EB+EC=0，Y1=Y2=Y3，系统中性点电位U0为零。

2 TV铁磁谐振的危害及其防止

2.1 铁磁谐振的危害

从铁磁谐振产生的机理来看，谐振出现时中性点电位U0升高，出现较高的零序电压，产生谐振过电压，特别是高频谐振，过电压倍数较高，引起电气设备绝缘损坏。基频谐振时，两相电压升高，一相电压降低，线电压正常，造成虚幻接地的假象，引起继电保护设备误动。

在出现基频谐振和分频谐振时，由于TV的电感急速下降，励磁电流很大，产生较大的谐振过电流。特别是分频谐振，因其频率低，TV绕组感抗小，过电流甚至达到额定电流的上百倍，往往导致TV熔丝熔断，互感器烧毁。

防止铁磁谐振的发生，最有效的办法是改变系统参数，破坏谐振产生的条件；在铁磁谐振发生后，要有效地阻尼谐振的发展，消除其带来的危害。

2.2 在开口三角加装微机消谐装置

在电网正常运行时，开口三角两端的不平衡电压很小，而当谐振发生时中性点出现位移，开口三角两端将出现较高的电压，如果在开口三角两端接上电阻，电阻将消耗能量，对谐振起到阻尼的作用。微机型消谐装置就是在铁磁谐振时将开口三角短时短接，对铁磁谐振产生强烈的阻尼作用，阻尼铁磁谐振的发展。

微机型消谐装置必须区别单相接地故障和铁磁谐振故障，单相接地时，消谐装置不能动作。受TV频带带宽、谐振性质以及微机消谐装置性能等因素的影响，微机消谐装置对单相接地和铁磁谐振的准确判别还有待完善，特别是基频谐振，其特点与单相接地很相似，如消谐装置不动作，故障不能及时消除，则可能会引起严重后果。

2.3 在一次侧中性点加装消谐器

在中性点串接消谐器，一方面部分零序电压将施加在消谐器上，使TV的饱和程度降低，不至于发生铁磁谐振，另一方面消谐器电阻限制了流过互感器的零序电流，避免过大电流引起TV烧毁。

从消谐角度来说，消谐器电阻越大，分担的电压就越高，TV铁芯越不容易饱和，可以有效地阻止铁磁谐振的发生。但是电阻过大，TV开口三角输出电压就相应降低，影响继电保护装置动作的灵敏性；由于不是中性点直接接地，每相绕组的电压也不是相对地的电压，失去了TV中性点接地的意义。

2.4 在中性点经消谐TV接地

在中性点经消谐TV接地消谐的原理与中性点经电阻接地类似，如图2所示，在三相电压互感器中性点通过1个单相TV接地，相当于改善了TV铁芯的励磁特性，铁芯不易出现饱和，零序电压由消谐TV引出，各相对地电压、相间电压、零序电压都能准确地传递。

3 加装消谐TV的接线分析

在上述防止铁磁谐振的措施中，在中性点加装消谐TV的办法受限制少，中性点不接地系统中均能采用，设备要求不高，选型容易，性能可靠，对正常运行无影响。

在图2中，A相对地电压UAN=UAO+UON，对应的二次绕组电压uan=uao+uon，二次绕组的端电压uan准确地传递了A相对地电压。与消谐TV的阻抗无关，这一点与中性点加装消谐器有很大的不同。B、C两相也类似，而且测量电压与对地电压互不影响。

图2 消谐TV的接线

AB相的相间电压UAB=UAO+UOB，对应二次绕组电压uaB=uao+uab，相间电压与是否加装消谐TV无关系。UBC，UCA也类似。

在图2中，开口三角反映的是三相TV电压的矢量和，也就是施加在各相TV上的零序电压，另外部分零序电压施加在消谐TV上，所以零序电压可以由消谐TV上的电压和开口三角电压串接得到。如果将开口三角的开口短接，构成1个三角环路通道，各相零序磁通在闭环三角形绕组内产生零序电动势，此电动势产生的零序电流在铁芯中产生的磁通与各相零序磁通抵消，一方面使TV铁芯更加不易饱和，另一方面相当于在各相TV一次绕组上施加零序电压时将一次绕组短路，施加在各相绕组上的零序电压几乎为零。这样，各相TV绕组承受了全部正序、负序电压，中性点的消谐TV承受了全部零序电压。一般而言，正序、负序电压不会使相TV饱和，零序电压也不会使消谐TV饱和，大大改善了整个TV组的励磁特性。

图3是带消谐TV的电压互感器组零序等值电路图，各相TV的零序励磁电抗x1m因互感器结构的不同而不同，相TV由3个单相TV组成时，零序励磁电抗与正序、负序励磁电抗相同。在正序、负序等值回路中，三相电压完全对称，所以施加在消谐TV上的电压为零。而在零序等值回路中，三相电压大小相等，方向相同，所以零序电压将分别施加在各相TV和消谐TV上，如图3。开口三角短路，对零序回路而言，就是二次侧短路，在图3中就是二次侧阻抗z1II等于零，通常情况下，互感器漏抗x1I，x1II很小，所以相TV的总零序阻抗很小，消谐TV二次侧接负荷很小，阻抗很大，相当于开路，单相TV的励磁阻抗x0m远远大于漏抗，所以消谐TV的总零序阻抗很大，在图3的串联回路中，零序电压将基本施加在消谐TV上。

图3 消谐TV零序等值电路

上述分析可以看出，不管何种原因出现的不平衡电压（零序电压），只要将开口三角短路，零序电压将只出现在消谐TV上，因此，从消谐TV二次绕组上引出的零序电压正确地反映了电网的零序电压。

有文献提到，开口三角短接可以起到消除三次谐波的作用，事实上，三次谐波电压是一种零序电压，当系统出现三次谐波电压时，电压全部施加在消谐TV上，消谐TV自身的阻抗是很大的，互感器组中通过的三次谐波电流并不大，开口三角短接并不能起到消除三次谐波的作用。

加装消谐TV后应注意开口三角必须是短接时，消谐TV才能正确反映零序电压的大小，零序电压可以用消谐TV的一个专用二次绕组引出，如图2中的ULn-N。特别指出的是在采用这种接线方式时，TV的中性点不能直接接地，只能通过消谐TV接地。余杭电力局110 kV庙港变10 kV三个单相TV组成互感器组，中性点接消谐TV。由于二次回路中性点绝缘损坏，导致中性点直接接地而又未能及时发现，正常运行时，消谐TV上无电压，相电压、线电压正常。当运行中10 kV东仁出线A相单相接地时，由于二次回路中性点接地，相当于图3中短接，单相接地出现较大零序电压时，对零序回路而言，开口三角短接相当于相TV短路，绝缘损坏又将消谐TV短路，零序阻抗只剩下漏抗，TV中出现较大的零序电流，导致B，C相TV和消谐TV烧毁。

4 结语

余杭电力局10 kV系统TV需要监视对地绝缘，目前全部采用3个单相TV组成互感器组，在中性点加装消谐TV的4TV接线法，实际运行效果良好，没有出现过由于铁磁谐振而熔断熔丝或引起设备损坏之类的事故。35 kV系统TV防止铁磁谐振是在开口三角加装微机消谐装置，由于使用的装置类型较多，效果不一，出现过熔丝熔断的情况，加装微机消谐装置的效果还有待进一步验证。比较而言，中性点加装消谐TV更能有效地防止铁磁谐振，但是从投资角度来看，同一系统需要监视对地绝缘的所有TV均要在中性点加装消谐TV，与仅需在1组TV开口三角加装微机消谐装置相比，后者投资上似乎更节省。

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