电磁式PT所致铁磁谐振过电压分析及抑制

叶玮

摘 要：在中压不接地中性供电系统中，电磁式PT容易发生故障，对电力系统产生一定的影响，而这种不良影响会带来较大的安全隐患，因而该文通过分析电磁式PT所致铁磁谐振现象产生的原因，在此基础上提出相应的抑制措施。

关键词：电磁式PT 铁磁谐振 分析 抑制

中图分类号：TM86 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）10（a）-0037-02

电压互感器（Positive Transformer，PT）是一次绕组接为星型、中性点直接接地的用于监测变电站对地电压的装置。在互感器中，铁磁元件是在中性点不接地系统中产生谐振的核心元件。在一般情况下，PT有很大的励磁感抗，系统不会发生谐振。但当外界干扰的作用下，其励磁电感下降并引起铁磁谐振可能产生高达电压数倍的过电压，引起安全事故，造成系统瓦解，甚至造成人员伤亡。

1 铁磁谐振的分类以及危害

1.1 铁磁谐振分类

谐振过电压的幅值、持续时间等因素会直接决定它所产生的危害。而谐振过电压的幅值可以根据频率的差异来体现。根据谐振波的频率差异，可将其分为频率为50 Hz的基频谐振、频率为工频的1/2、1/3、1/4等的分频谐振及频率为工频的3、5、7倍等的高频谐振这3种类型，而在这3种类型中最为常见的是50 Hz的基频谐振和25 Hz的分频谐振，频率为150 Hz的高频谐振。而且不同谐波的谐振区域不同，可以根据谐振区域的不同来评估谐振波带来的危害，图1分别列举了3种不同谐振频率的谐振区域。

1.2 铁磁谐振危害

铁磁谐振有可能会引起高达数倍的过电压，破坏电气绝缘或引起避雷器爆炸；由过电压引起远高于额定电流的过电流，使得线圈的温度升高，从而对电压互感器的熔丝产生一定的威胁；由于过电压可能会高出额定电压数倍，很容易造成电磁式电压互感器的损毁。

2 PT铁磁谐振基本原理

2.1 谐振回路

由于系统导线所产生的电阻要相较于PT的励磁电阻小得多，因而其电阻可以近似看作于零，忽略不计。PT的非线性电感和电网的对地电容构成谐振回路。可以将谐振回路简化为图2，其中L1、L2、L3与对地相等的电容Co间产生各自的振荡回路。

2.2 基本原理

当电压互感器的非线性励磁电感L1、L2、L3与对地电容Co产生铁磁谐振并引发了电网中性点位移，因而导致了过电压现象。在PT正常运行时，不会发生位移现象。而当线路发生了异常情况，容易引起振荡，且如果恰好电压互感器的励磁感电与对地电容发生了参数匹配，振荡回路的阻力显著减少，极容易产生零序电流过大，零序电压急剧增加，电压互感器饱和的现象，从而形成持续的PT铁磁谐振。ωL>1/ωC这一条件是铁磁谐振的激发因素，而可以导致这一条件产生的原因主要包括电网电压冲击、励磁涌流、系统间歇性接地、电网频率波动等[1]。

具体来说，容易引起铁磁谐振的情况主要有以下几种：（1）中性点不接地系统中出现单相接地情况时易引起非接地两相励磁电流激增，从而引起PT铁磁諧振。（2）合闸过程中由于相位角不同极易引起谐振。（3）在实际电力系统中，配电变压器的故障接地、输电线路断线、熔断器的不对称熔断以及断路器不同期操作等，均能构成串联谐振回路，只要有足够强烈的冲击扰动，并且参数配合适当（一定的线路长度、断线点），即会引发基波、分频、高频谐振[2]。

3 PT铁磁谐振的消除

国内外学者针对电磁式PT所导致的铁磁谐振过电压提出了多种抑制方法，针对铁磁谐振产生的原因提出以下几种传统的消除方法。

（1）在一次绕线中性点接入非线性电阻。这是目前较为常用且所需经济成本较少的一种方式。因为铁磁谐振与回路中的阻尼现象密切相关，只有当由电源提供的能量与输入的能量平衡时才会引起谐振过电压，因而通过接入非线性电阻，消耗谐振的能量，并且也在一定程度上减少了流过PT的电流，有利于铁磁谐振过电压的抑制与消除。因其实用经济性，运用广泛。

（2）在开口三角处并联电阻。在一般情况下，PT发生谐振时在开口三角处会产生约为100～200 V的电压，因而可以在三角处并联一个220V/600W/80电阻[1]，用以消除铁磁谐振过电压，该方案也较为方便可行。

（3）选用励磁感性较好的电磁PT。在用电所选用材料之初，就应该考虑电磁式PT的励磁感性，因而一个消除电磁式PT的铁磁谐振的做法是采用励磁感性较好的电磁PT，但是这并不能从根本上消除电磁PT产生的铁磁谐振过电压，且成本会相对较高，因而现阶段这种方法并没有被广泛运用。

（4）在中性点中接入消弧电圈。在中性点中接入消弧电圈就是一次在PT的励磁电感上并联接入一个消弧电圈的电感，使得PT的等效零序电路相当于短路状态，以此来破坏系统的谐振发生条件，达到消除铁磁谐振的效果。

（5）零序PT接线法。将单相PT与三相PT的一次中性线实现串联的方式即为零序PT接线法，由于其由4个单相PT共同构成，所以称其为4PT。

近几年来随着有关铁磁谐振方面的研究增多，也出现了一些利用理想状态空间模型的方法来进行铁磁谐振主动控制的方法，比如，延迟反馈法、脉冲同步法等于非线性动力学的相关理论。

4 结语

我国对于电磁式PT的铁磁谐振现象的研究较多，并根据不同的铁磁谐振过电压产生的原因进行分析，并根据原因提出了不同的抑制方法，每种抑制方法均有其特有的优点和不足之处，变电所的相关人员可以根据具体的要求有目的性地选择相应的方法，并运用数学模型进行研究分析，帮助寻找更多有效经济的方法，避免因铁磁谐振过电压而导致财务上、人员上的损失，同时也避免给相应区域的居民带来不便影响。

参考文献

[1] 赵嘉.PT谐振的分析与抑制措施[J].工业技术，2014（4）：129-130.

[2] 赵晓峰.电磁式PT铁磁谐振的防范与抑制措施[J].电子世界，2015（14）：179-180.

[3] 罗益虹.10kV电磁式电压互感器高压侧熔丝熔断原因与抑制措施及电量追补[J].科技创新与应用，2014（6）：156.