孙园　陈小平　周明辉

1、引言

由于经济持续快速发展，全社会对电量的需求也迅速增加。10KV和35KV的系统数目也逐年攀升，由于普遍采用中性点不接地的运行方式，随着电缆线路的逐渐增多，致使电网对地电容电流大幅度增加，铁磁谐振现象时有发生，给电网安全带来隐患。因此，对铁磁谐振的各方面的深入研究是十分迫切的。

2、常见消谐措施及分析

依据谐振的诱发原因及产生条件，一般从以下几个方面进行研究：改变电力系统电感、电容元件参数，使它们不具备谐振条件；快速消耗谐振能量，降低谐振过电压、过电流的倍数。

2.1主动消谐。配电网中有大量的电磁式电压互感器，当系统在某些因素的干扰下，质量差的电压互感器达到励磁饱和状态的初始值小容易饱和，最终可能导致谐振的发生，特别是中性点不接地系统中更容易产生铁磁谐振现象。若能在设计上改变电力系统电感、电容元件参数，在参数上错开引起使谐振的条件，会在一定程度上减少谐振的发生。为了说明这一原理，对某单相电压互感器进行了励磁特性的实验测试，实验接线图如图1所示，测得励磁特性曲线如图2所示。在励磁特性曲线中的拐点是当施加的电流值增加50%，而激励出电压值增加不大于10%时则该点就是该励磁特性曲线拐点。

从图2可判断拐点的过程如下：当电流为0.14A时，电压大约为149V，电流增大50%时电流为0.21A，此时电压的值大约为164V，比电流为0.14A时的电压超过约10%。因此可以判定此电压互感器的励磁拐点在0.14A附近。电流小于0.14A时，电压跟电流大体呈现线性关系，即电压互感器的铁芯未达到饱和状态，感抗可以认为是一固定值；当电流超过0.14A时，电压跟电流就不在呈现线性关系，随着电流的增大，电压值基本不变，也就是说感抗的值越来越小，电压互感器的铁芯饱和越来越严重，在感抗的逐渐减小过程中，当感抗和容抗相等时，系统就会发生铁磁谐振现象。分析可知，电流在0.5～0.7A之间电压互感器铁芯的饱和程度已经很严重了。因此，选取励磁特性较好的互感器是从根本上预防谐振的一个好方法。励磁特性取决于额定磁密，励磁特性越好互感器额定的磁密度就越少，励磁特性越差互感器的额定的磁密度越大，但由于电压互感器的额定磁密度受到成本、互感器的容量、准确级等的限制，使得额定的磁密度的不能无限制的减少，而且励磁特性较好起始饱和电压比较高能够减小了谐振发生可能性但发生谐振时电压高危害性更大。

2.2被动消谐。2.2.1一次消谐。1、电压互感器高压侧经高电阻接地，在6～35kV的电网中一般选取20～30kΩ的电阻值。消谐的机理是限制零序电压和电流，当零序电压发生偏移，在电压方面零序电压将加在高电阻上，能够有效地减小互感器的饱和程度，从而达到防止谐振的发生；在电流方面接有高电阻时，零序电流也会相应的减小，防止互感器高压绕组的电流过大而烧毁。由上可见，电阻值的选择相当关键，电阻值选择的越大承受的电压越高，互感器铁芯就越不容易饱和，防止谐振发生的效果越好，但电阻的取值如果过大，一方面开口三角的输出电压会过低使得继电保护装置的拒动。另一方面电阻取值过大，则中性点的电位会很高，对中性点的绝缘水平要求较高。电阻也可以选择非线性电阻，选择非线性电阻克服了线性高电阻的缺陷，当系统工作在正常状态或零序电压偏移较小时，非线性电阻呈现为高组态，能够起到强大的阻尼作用；当互感器的零序电压过大时，非线性电阻的阻值迅速较小增大开口三角的输出电压，使得相应的继电保护动作，而且能够减小N端的电压使其不超过N端的绝缘水平。此方法能够有效的抑制单相接地故障消除时引起的涌流，涌流的电流比较大可达几十倍甚至上百倍的额定励磁电流，导致互感器的铁芯严重饱和，最终导致谐振的发生。当涌流达到熔断器的设定值时，熔丝熔断保护了互感器；当涌流未达到熔丝的设定值时，过电流在绕组的持续发热会引起互感器的烧毁。2、“4PT”消谐。4PT是指在互感器的零序串接一个单相电压互感器，在电压互感器的中性点发生电位偏移时，单相互感器的电感远小于三相电压互感器的非线性电感，因此，大部分的零序电压全都加在零序PT上，相当于改善了三相电压互感器的励磁特性，使得互感器铁芯不易饱和，不至于引起谐振，而且采用零序串PT的方法能够消除三次谐波对二次相电压测量的不良影响。3、电源中性点经消弧线圈接地。这种情况下，消弧线圈的作用不在于补偿电容电流，而是因消弧线圈感抗值远小于PT的励磁电感，回路的零序自振角頻率将决定于3倍消弧线圈的感抗值和C0，PT引起的共振现象成为不可能。

2.2.2二次消谐。在开口三角绕组串接电阻或微机消谐器，两者本质上是一样的，都是起到阻尼的作用。通常采用的微机型消谐器接线如图3所示。

当发生铁磁谐振时，装置起动消谐期间晶闸管全导通呈低阻态，电阻值很小，约为MΩ级别，可迅速消耗能量，产生强大的阻尼作用，从而消除铁磁谐振。当谐振排除后，晶闸管能够自动的截止，需要时可以重复动作。

2.2.3消谐措施的比较。（1）由于4PT接线零序电压互感器采用的是普通的互感器，互感器的感抗和直流电阻通常都是比较小的，因此对抑制低频饱和电流的效果不是非常的理想。4PT由于开口三角的回路是短接的，在电力系统的容量比较大，当系统中出现单相弧光接地、单相断线等故障的情况下，所产生的零序电压的值较大，使得开口三角感应的电压也较大回路形成的环流值也就较大，如果环流的值达到一定的程度可能会使得电压互感器的热容量不够而被烧坏。（2）高压侧经高电阻接地消谐存在如下问题：一方面，电阻的热容量受到限制而去不容易烧制，零序的电压值都加在电阻上，此时如果电阻的热容量不够时，发热量过大会使电阻损坏而起不到阻尼的作用最终失去消谐的效果，电阻值取的越大消谐效果越好但电阻如果过大，电阻的热容量是一个问题，还有就是中性点的对地的绝缘水平可能不够。此外，该消谐措施的另一缺点是造成三相电压的不平衡。（3）微机消谐的缺点是采用电子器件，当电子器件失效时造成互感器损坏是很严重的。谐振发生时，由于使用的是电力电子器件，对数据的采集也是需要一定的时间的，因此，消除谐振是一个过程。采集数据造成的延时有可能错过阻尼的最佳时间，而达不到消谐的效果。综上所述，二次消谐器是通过消耗能量产生强大的阻尼效果，能够较少谐振对互感器所造成的损坏，而不能消除高压侧熔断器频繁发生熔断。主要原因是由于二次消谐对于高压侧因故障产生的涌流无效。一次消谐器的应用，能够起到有效的消谐以及也对低频放电电流的良好的抑制作用，但因其正常运行情况的时候，三相电压不平衡和过高的零序电压，以及中性点对地的电压可能超过电压互感器的绝缘水平，甚至因为消谐器的热容量不够而导致消谐器装置被烧坏，而失去消谐作用。因此，必须采取一些补救措施才能得以安全运行。开口角短接的4PT接线对消谐和抑制超低频振荡电流效果都是不错的，但是对零序电压的测量不准确，同时开口角内的环流可能会烧毁电压互感器。

3、消谐建议

虽然电力系统谐振难以避免，但在日常维护中，运行人员可采取下述措施在最大程度上避免或减少谐振的发生。（1）定期或不定期巡查线路负荷，禁止或减少谐波含量过高的负载投运。（2）定期或不定期巡查架空线路，修剪和清理靠近线路的树枝，以避免刮风下雨时树枝碰到架空线路而引起对地短路。（3）若有城建施工，需尽早提醒施工人员该地段有电力电缆，避免施工挖破电缆引起短路故障。（4）提高员工对铁磁谐振的认识，加强员工的意识，规范操作，在谐振发生时，能够迅速做出判断，及时的排除故障，从而保障电力系统的安全运行。

4、结语

本文对引起谐振主要因素的电压互感器做了实验分析，并分析比较了防治谐振的多种方法。结果表明，一次消谐效果较好于二次消谐；各地的用户需根据自己的实际的负荷特点、运行情况，选取较为适合的防治措施。

（作者单位：1.厦门理工学院电气工程与自动化学院 2.国网三明供电公司 3.ABB（中国）有限公司厦门分公司）

【基金项目】福建省教育厅科技项目（JA13233）