關(guān)于接地型電壓互感器的鐵磁諧振分析

顏旭輝

（江蘇省常州供電公司金壇縣域檢修分公司，江蘇 常州 213200）

0 引言

在電力系統(tǒng)中，電壓互感器的應(yīng)用范圍極其廣泛。其功能主要體現(xiàn)在3個(gè)方面：（1）電壓變換［1］，電壓互感器的主要功能在于將電力系統(tǒng)中的高壓電轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的低電壓，用于電力測(cè)量?jī)x表對(duì)電力系統(tǒng)的電能、電壓的測(cè)量；然后電壓互感器可以與繼電保護(hù)設(shè)備一起配合使用，從而確保電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。（2）隔離高電壓，電壓互感器可以將電力系統(tǒng)的高電壓與繼電器以及測(cè)量?jī)x表等二次設(shè)備進(jìn)行隔離，進(jìn)而確保相關(guān)的技術(shù)操作人員的人身安全。（3）標(biāo)準(zhǔn)化［2］，電壓互感器可以將電力系統(tǒng)中的不同高電壓轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)電壓，便于標(biāo)準(zhǔn)的二次設(shè)備的應(yīng)用。本文詳細(xì)闡述了小電流接地型電力系統(tǒng)中，電磁性電壓互感器的鐵磁諧振問題，論述了鐵磁諧振對(duì)電力系統(tǒng)的危害，并提出鐵磁諧振的幾種解決措施。

1 鐵磁諧振的形成

在小電流接地型電力系統(tǒng)中，電力母線、電力回路、電氣設(shè)備中的接地電容與接地型電壓互感器并聯(lián)，其相應(yīng)的電氣接線圖如圖1所示。借助于網(wǎng)絡(luò)變換原理，可以得到等效電路圖，如圖2所示。

圖1 小電流接地型電力系統(tǒng)簡(jiǎn)化接線圖

圖2 等效電路圖

其入段的復(fù)導(dǎo)納可表示為［3］：

式中，g為線路中的等效電導(dǎo)；bL為線路中的等效感納；bC為線路中的等效容納。

由式（2）可知，將圖2所示的電路等效為并聯(lián)電路，其中，電路中發(fā)生并聯(lián)諧振的條件為：

由式（2）可得：

由方程（2）～（6）可知，改變 w、C、L、R1、R2中的任何一個(gè)變量，都有可能使電力線路具有滿足諧振的條件，同理，我們也可以通過改變變量的參數(shù)值來消除線路諧振。

2 電磁性電壓互感器鐵磁諧振時(shí)的繞組電壓

電力系統(tǒng)中，電壓互感器（開口三角型）的二次接線方式如圖3所示，其正常運(yùn)行時(shí)：

圖3 電壓互感器(開口三角型)的二次接線

因電力系統(tǒng)中，電壓互感器存在一定的轉(zhuǎn)換誤差，同時(shí)電力系統(tǒng)的三相系統(tǒng)對(duì)地的非絕對(duì)平衡狀態(tài)，在電壓互感器的開口處，可能輸出較小的電壓，只是其數(shù)值極其微小。在電壓互感器存在鐵磁諧振時(shí)，電壓中含有多次諧波，以B相回路、1/2次諧波為例，其開口處的電壓可表示為［4］：

由式（8）可知，當(dāng)電壓互感器中存在鐵磁諧振時(shí)，其開口繞組位置的電壓會(huì)大幅提升，進(jìn)而發(fā)出錯(cuò)誤的接地信號(hào)。

3 鐵磁諧振的危害

鐵磁諧振對(duì)電力線路的危害主要體現(xiàn)在3個(gè)方面：（1）發(fā)送錯(cuò)誤的接地信號(hào)；（2）使電力系統(tǒng)中的電壓波形畸變，大幅降低電能質(zhì)量，網(wǎng)絡(luò)電壓損失也大幅提升；（3）電壓互感器發(fā)生鐵磁諧振時(shí)，其鐵心的飽和度高，磁通密度大幅提升，其勵(lì)磁電流也大幅提升，使電壓互感器存在因過分發(fā)熱而被燒毀。

4 鐵磁諧振解決措施

就電力系統(tǒng)中的電壓互感器的鐵磁諧振解決措施，經(jīng)分析總結(jié)，主要有3種，如圖4所示。

圖4 電壓互感器的鐵磁諧振解決措施

（1）消諧燈泡、電阻的接入。在電壓互感器的開口處，可以采用接入電阻以及消諧燈泡來削弱其鐵磁諧振。由方程（1）可知，電阻以及消諧燈泡可以調(diào)整電力線路中的R1，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鐵磁諧振削弱并消除的目標(biāo)。（2）微機(jī)鐵磁諧振消除設(shè)備。在電壓互感器的開口處，可以并聯(lián)接入雙向晶閘管，同時(shí)將電壓互感器二次側(cè)的正序、反序、零序電壓信號(hào)接入到微機(jī)鐵磁諧振消除設(shè)備，集中分析處理。（3）安裝消諧器。消諧器是針對(duì)于小電流接地型電力系統(tǒng)中的電壓互感器發(fā)生單相接地時(shí)的鐵磁諧振現(xiàn)象，該設(shè)備用于限制短路電流。消諧器對(duì)非接地式的電力系統(tǒng)電壓互感器的鐵磁諧振無效。

5 結(jié)語

在小電流接地型電力系統(tǒng)中，接地型式的電壓互感器與電力線路、母線以及對(duì)地電容構(gòu)成并聯(lián)關(guān)系，通過其等效電路分析，若回路中的參數(shù)合適，或由于外部原因的影響，電壓互感器將與電力線路、對(duì)地電容以及母線之間發(fā)生并聯(lián)諧振，對(duì)電壓互感器構(gòu)成極大的威脅，為了有效解決電壓互感器的鐵磁諧振危害，在電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，需采用一些有效的解決措施，進(jìn)而確保電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

［1］梅成林，張超樹.電壓互感器鐵磁諧振分析［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2008，32（S2）：311～313

［2］ Yang Xuezhao,Liu Yiwei.Improvement on secondary connection of the voltage transformer to avoid magnetic resonance in 10kV power supply system［J］.Relay,2006，34（23）：72～75

［3］ Yang Binwen,Li Wensheng.Causes of PT ferroresonance and countermeasures［J］.Electric Power Automation E-quipment,2010，30（3）：134～136

［4］李洪海，劉嘯塵.電壓互感器鐵磁諧振過電壓及防止［J］.應(yīng)用能源技術(shù)，2009（7）：22～26