吕圣波
杭州水务设计院有限公司 310009
摘要：本文简述了铁磁谐振的危害、铁磁谐振产生的原因、特点，电气手册、规范对抑制电压互感器铁磁谐振措施的措施规定及工程设计中常采用抑制铁磁谐振的方法。
关键词：铁磁谐振 过电压 危害 特点 抑制措施
电压互感器作为开关柜中的主要设备之一，承担着电力计量、测量及继电保护等重要作用。但是由于电力系统的开关操作、负荷变动等不稳定因素，常常会引起电压互感器铁磁谐振。电压互感器铁磁谐振常常引起持续时间很长的谐振过电压，会破坏电气设备绝缘，导致电压互感器熔断器频繁熔断，甚至电压互感器烧毁、爆炸等恶性事故，严重影响工业生产，威胁电气设备运行安全，给生产维护人员增加了工作量，给企业增加了运行成本。怎样消除电压互感器的铁磁谐振问题摆在了企业生产管理人员和电气工程设计人员的面前。
一、铁磁谐振产生原因
电力系统中有大量的储能元件，如电压互感器、变压器、电抗器等电感元件，电容器、线路对地电容等电容元件。这些元件组成了许多串联或并联的振荡回路。在正常的稳定状态下运行时，不可能产生严重的的振荡过电压。但当系统发生故障或由于某种原因电网参数发生了变化，就很可能被激发生谐振。例如在中性点非有效接地系统，电压互感器和线路对地电容和变压器等电感元件所形成的振荡回路，都有可能发生谐振。电压互感器一类的电感元件在正常工作电压下，通常铁芯磁通不饱和；但在电气线路参数发生变化的激发下，铁芯磁通饱和，从而与系统电容产生谐振，就可能产生铁磁谐振过电压。铁磁谐振不仅可在工频（50HZ）下发生，也可在高频(>50HZ)、低频（>50HZ)下发生。
二、电磁谐振的特点
电磁谐振是电力系统自激振荡的一种形式，是由于变压器、电压互感器励磁磁通饱和作用引起的持续的、高幅值过电压现象，其主要特点为：
1.谐振回路中铁心电感呈非线性，电感随电流增大而铁心饱和而趋于平稳；
2.铁磁谐振需要一定的激发条件，使电压、电流幅值从正常工作状态变成谐振状态；如单相接地，跳闸、合闸，投切电容器等。
3.铁磁谐振存在自保持现象，激发因素消失后，铁磁谐振过电压仍然可以长期存在。
4.铁磁谐振过电压一般为2.0~3.0倍的相电压或更高，过电压幅值主要取决于铁心电感的饱和程度。
三、规范对抑制电压互感器铁磁谐振措施的规定
由于铁磁谐振过电压对电力系统的危害，相关规范和行业标准对抑制铁磁谐振的措施作了明确要求。
DL/T5222-2005《导体和电气选择设计技术规定》中规定：在中性点非直接接地系统中的电压互感器，为了防止铁磁谐振过电压，应采取消谐措施，并应选用全绝缘。
DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定：3kV~66kV不接地系统或消弧线圈接地系统偶然脱离消弧线圈的部分，当连接有中性点接地的电磁式电压互感器的空载母线（其上带或不带空载短线路），因合闸充电或在运行接地故障消除等原因触发，使电压互感器过饱和则可能产生铁磁谐振过电压。为限制这类过电压，可选取下列措施：
1）选用励磁特性饱和点较高的电磁式电压互感器。
2）减少同一系统中电压互感器中性点接地的数量，除电源侧电压互感器高压绕组中性点接地外，其他电压互感器中性点尽可能不接地。
3）个别情况下，在10kV及以下母线上装设中性点接地的星形接线电容器组，或用一段电缆代替架空线路仪减少，
。
4）在互感器的开口三角形绕组装设
的电阻
为互感器一次绕组与开口三角形绕组的变比）或装设其它专门消除此类铁磁铁磁谐振的装置。
5）10kV及以下电压互感器高压绕组中性点经≥0.06（容量大于600W）的电阻接地。
以上规范的规定为工程设计在消除电压互感器铁磁谐振指明了方向。
四、工程设计中常用抑制铁磁磁谐振的方法
电压互感器的铁磁谐振必须由电源提供能量才能维持下去，如果抑制或消耗这部分能量，铁磁谐振就可以抑制或消除。在长期的运行和生产实践中，根据铁磁谐振过电压的现象和特点，积累了许多宝贵的经验。目前工程设计最常用、有效的谐振消除方法有以下几种：
1.在电压互感器一次中性点串接复合电阻消谐器，能够起到消耗能量，阻尼和抑制谐波的作用。该方法称为一次消谐。一次中性点串接复合电阻消谐器原理接线图如图1所示。
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图1 在电压互感器一次中性点串接复合电阻消谐器
2. 采用电压互感器中性点经零序电压互感器接地；互感器高压绕组中点经零序电压互感器接地，即所谓“4TV”接法。4TV法是将零序电压大部分电压加在零序TV上，使的三相TV磁通不易饱和，从而提高了发生电磁谐振的最低动作电压，起到抑制过电压的作用。4PT也是一次消谐。4TV接线原理图如图2所示。
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图2 四电压互感器接线
3. 在电压互感器开口三角绕组接电阻或消谐装置，来破坏产生谐振的条件，从而避免谐振过电压。因电阻或消谐装置接在电压互感器的二次绕组上，也成为二次消谐。接线原理图如图3所示。
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图3 在互感器开口三角绕组接电阻或消谐装置
4. 采用微机消谐装置。随着微机技术的发展和微机综合保护算法的成熟，出现了微机消谐装置，并在一些工程中已有应用。微机消谐采用一次消谐和二次消谐结合的方法，响应，可靠性高。在消谐过程中，能够对谐振和过电压进行限制，标本兼治。是一种利用微型计算机进行谐震监测、判断、治理、上传处理结果的高新技术产品。它借助于微机的智能分析能力，可以准确的判断出发生谐振的频率、地点及谐振的程度，并以此为依据来决定投入阻尼电阻的大小。微机消谐装置因厂家不同，控制原理大同小异。微机消谐原理图如图4所示。
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图4 微机消谐装置原理图
此外，选用性能良好的电气设备并提高运行维护水平也是降低电压互感器铁磁谐振的有效手段。
参考文献：
1.《电力工程电气设计手册（电气一次部分）》 水利电力部西北电力设计院
2.《工业与民用供配电设计手册（第四版）》 中国电力出版社
3.《钢铁企业电力设计手册》 冶金工业出版社
4. DL/T620-1997 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》
5.DL/T5222-2005 《导体和电气选择设计技术规定》
6.微机消谐装置厂家样本