電壓互感器鐵磁諧振的產生與消除

王慧楠　王曉卉

摘 要：電力系統的結構可以說是很復雜的，電壓互感器鐵磁諧振會帶來很多危害，其中比較常見的便是燒壞電壓互感器，進而導致高壓電機跳閘使生產停止，造成不可預估的經濟損失。文章通過對電壓互感器鐵磁諧振的產生原因進行分析，提出了幾點措施，以供相關部門參考利用。

關鍵詞：電壓互感器；鐵磁諧振；危害；消除措施

1 概述

在電力系統中存在著很多細小但卻有強大功能的元件，其中包括電感性的和電容性的。這些不同的電感元件和電容元件會形成LC振蕩回路，存在于電力系統的內部。在一般正常運作的時候，電力系統會保持其穩定性，電磁震蕩現象不會出現，但是在受到某種特定的刺激時，便會產生電磁震蕩的現象，對整個電力系統造成一定的影響，而且如果電磁震蕩現象要持續很久，會嚴重影響整個電力系統的安全。

2 鐵磁諧振產生的原因

電壓互感器的非線性電感和電網對地電容構成了電壓互感器諧振回路。電壓互感器的內部結構中有鐵芯，很容易出現飽和的現象，隨著電流或磁通的不斷變化，電感的數值也會漸漸改變。在電力系統處于正常運作的狀態下，電壓互感器的感抗比電網對地電容的要大很多，不能產生諧振。但是一旦受到了外界的適宜刺激，使感抗降低就會構成產生諧振的條件，從而導致了鐵磁諧振的產生。根據網絡的參數和外界環境的限制，可以決定電壓互感器造成諧振的過載程度，按照影響條件可以分為以下幾點：工頻諧振引起的過載、高頻率諧振所引起過載、不同諧振引起的過載等。當出現工頻諧振所引起的過載時，發生的狀況可以表現為兩種形式，一種是電壓比地面電壓高，另一種則是電壓比地面的電壓低，這種表現和單一接地面的連接部位斷開十分相似。然而高頻諧振所引起的過載和不同諧振引起的過載，它們的表現情況都是相同的：所有的電壓都高于地面電壓。通過對細節進行研究，我們發現無論是工頻諧振還是高頻諧振，其過電壓的幅值都在額定相電壓范圍內。在設備保持良好的絕緣功能的時候，它們的諧振不會產生危害。但是分頻諧振并不是這樣，分頻諧振的頻率較前兩者頻率低，會使電流長時間飽和，大電流流過互感器，進而將高壓熔斷器熔斷，也可以產生其他破壞程度更強的損害。換言之，分頻諧振最不穩定，破壞能力最強。

3 電磁諧振消除措施

3.1 電壓互感器一定要使用高質量產品

高質量的產品對于使用者的體驗非常高，所以應該選用高質量的電壓互感器，其磁性質量也很高。伏安特是檢驗一個電壓互感器好壞的重要標準，觸發諧振的速度需要感抗的快速變化，而低質量的電壓互感器是很難進入充分的飽和區的，所以觸發諧振效果不好。電壓互感器的做工材料和質量越高，產生鐵磁諧振的指標范圍就越窄，觸發諧振的能力越差。換另一個角度來說，這也是解決問題的唯一途徑，然而作用效果并不突出。額定磁密是反應互感器感應靈敏度高低的指標，有許多的因素可以制約到互感器的質量和制作過程，例如材料的價格和廠家規模的大小等，所以電磁互感器的質量不會特別靈敏，它的性能也不能隨著時間推移而不斷上升。

3.2 電壓互感器在同一個網絡系統中的安裝數量影響功能

電壓互感器的數量是決定感抗變化幅度的唯一因素，電壓互感器的數量越大，網絡的敏感功能越差，感抗的變化范圍越窄，諧振運動發生概率越大。所以在每一個網絡系統里，只能存在一個互感器接地，這個互感器就是電源方向的，其他的互感器都應該除外。如果其他互感器不能除外，就需要把互感器接地的連接位置切斷，在客戶應用互感器時應該盡可能的保證它們懸空使用，把互感器作為單一作用的裝置。

3.3 阻尼電阻在電壓傳感器中的正確接入方法和部位

阻尼電阻在電壓互感器中的正確接入部位是第二個開口的三角形部位，它的真正意義在于在高壓那一方向上安裝一個電阻。電阻的數值越高，中性點的位移電壓由于互感器的飽和而引起的作用就越不顯著。互感器的接地方式是單一方向時，第二個開口的三角處就會出現兩端的電壓為零的現象，這一現象的前提是電阻的數值非常高，電阻的數值不夠用時，電阻會因為電流的效應產熱過多而損壞，電壓互感器隨著電阻的發熱過多也會發生損壞，因此采用微機消除諧振的裝置接入是必須的。當互感器的功能正常時或者接地方式為單一方向時，就不能采用微機去消除諧振，這種故障判斷為諧振時，便使正反并聯在開口三角兩端的兩只晶閘管交替過零觸發導通，就可以采用降低開口三角兩側電壓的方法來解決，需要將兩側電壓降至幾乎為零，這樣就可以消除磁鐵的諧振故障。因為減壓的時間不會特別長，所以對于互感器的影響也幾乎為零。運用微機消除諧振運動也存在很大的漏洞，單一方向接地和諧振的方式的辨別是一大缺點。還包括，長時間運行的間斷高電壓的通過，可以發生很多次動作電位，這樣會使互感器中的電流異常增大，電阻會不斷發熱，這種故障還可以引起裝置的損壞的。

3.4 在電壓互感器一次側中性點經電阻接地

這種方法作為常用消諧方法，也經常被稱作一次消諧。在此系統中，電網中僅有的金屬性對地通道便是母線PT的一次繞組中性點接地。在單相接地的故障被消除的時候，電網對地電容通過互感器一次繞組中性點有一個充放電的過渡過程。有相關的試驗研究表明，此時的電流數值可以達到很高，甚至是會超過電壓互感器勵磁電流的幾百倍。通過前文所述，我們知道，高電流會導致鐵磁飽和，造成一系列的故障發生。采用此種方法后，可以有效的減緩電流，保護高壓熔斷器，抑制鐵磁諧振現象的產生，減少經濟損失。

3.5 電壓互感器一次側中性點經零序電壓互感器接地

探其原理，主要是借一次側中性點串接的零序互感器來使電壓互感器的等值電抗增大，使單項接地故障在消失過程中釋放出來的電流得到有效的抑制，這樣便有效的規避了鐵磁諧振的發生。雖然這種方法很有效，也得到了事實的驗證，但是有一點是必須要注意的，當電壓互感器中性點仍承受了較高的電壓時，很容易產生諧振未消失而電壓互感器也保持完好不被損害。

3.6 消弧線圈法

當接地的方式采用穿過消弧線圈中性點的方法時，消弧線圈的電感指標遠遠小于電壓互感器的勵磁電感，這樣一來便不能達到磁鐵諧震發生的閾值而使之不能發生。通過互感器的電流也需要由消弧線圈的指標來決定，這樣一來消弧線圈可以間接的保護電壓互感器。

4 結束語

鐵磁諧振并不是正常現象，而是一種可以引發很多問題的嚴重故障。要想最大限度地避免諧振帶來的危害，就要在初始的設計的環節進行消諧設計，防止或減弱諧振帶來的負面影響。文章以上就自己的觀點進行了闡述。

參考文獻

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[2]賀秋麗，李如琦，等.鐵磁諧振實驗開發及其研究[J].電氣電子教學學報，2011，33（4）：100-103.

作者簡介：王慧楠（1983-），女，籍貫：山東，學歷：本科，職稱：工程師，研究方向：電力系統關口計量管理。

王曉卉（1976-），女，籍貫：北京，學歷：本科，職稱：工程師，研究方向：變電站（智能）監控系統調試。