電磁式PT所致鐵磁諧振過電壓分析及抑制

葉瑋

摘 要：在中壓不接地中性供電系統中，電磁式PT容易發生故障，對電力系統產生一定的影響，而這種不良影響會帶來較大的安全隱患，因而該文通過分析電磁式PT所致鐵磁諧振現象產生的原因，在此基礎上提出相應的抑制措施。

關鍵詞：電磁式PT 鐵磁諧振 分析 抑制

中圖分類號：TM86 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）10（a）-0037-02

電壓互感器（Positive Transformer，PT）是一次繞組接為星型、中性點直接接地的用于監測變電站對地電壓的裝置。在互感器中，鐵磁元件是在中性點不接地系統中產生諧振的核心元件。在一般情況下，PT有很大的勵磁感抗，系統不會發生諧振。但當外界干擾的作用下，其勵磁電感下降并引起鐵磁諧振可能產生高達電壓數倍的過電壓，引起安全事故，造成系統瓦解，甚至造成人員傷亡。

1 鐵磁諧振的分類以及危害

1.1 鐵磁諧振分類

諧振過電壓的幅值、持續時間等因素會直接決定它所產生的危害。而諧振過電壓的幅值可以根據頻率的差異來體現。根據諧振波的頻率差異，可將其分為頻率為50 Hz的基頻諧振、頻率為工頻的1/2、1/3、1/4等的分頻諧振及頻率為工頻的3、5、7倍等的高頻諧振這3種類型，而在這3種類型中最為常見的是50 Hz的基頻諧振和25 Hz的分頻諧振，頻率為150 Hz的高頻諧振。而且不同諧波的諧振區域不同，可以根據諧振區域的不同來評估諧振波帶來的危害，圖1分別列舉了3種不同諧振頻率的諧振區域。

1.2 鐵磁諧振危害

鐵磁諧振有可能會引起高達數倍的過電壓，破壞電氣絕緣或引起避雷器爆炸；由過電壓引起遠高于額定電流的過電流，使得線圈的溫度升高，從而對電壓互感器的熔絲產生一定的威脅；由于過電壓可能會高出額定電壓數倍，很容易造成電磁式電壓互感器的損毀。

2 PT鐵磁諧振基本原理

2.1 諧振回路

由于系統導線所產生的電阻要相較于PT的勵磁電阻小得多，因而其電阻可以近似看作于零，忽略不計。PT的非線性電感和電網的對地電容構成諧振回路。可以將諧振回路簡化為圖2，其中L1、L2、L3與對地相等的電容Co間產生各自的振蕩回路。

2.2 基本原理

當電壓互感器的非線性勵磁電感L1、L2、L3與對地電容Co產生鐵磁諧振并引發了電網中性點位移，因而導致了過電壓現象。在PT正常運行時，不會發生位移現象。而當線路發生了異常情況，容易引起振蕩，且如果恰好電壓互感器的勵磁感電與對地電容發生了參數匹配，振蕩回路的阻力顯著減少，極容易產生零序電流過大，零序電壓急劇增加，電壓互感器飽和的現象，從而形成持續的PT鐵磁諧振。ωL>1/ωC這一條件是鐵磁諧振的激發因素，而可以導致這一條件產生的原因主要包括電網電壓沖擊、勵磁涌流、系統間歇性接地、電網頻率波動等[1]。

具體來說，容易引起鐵磁諧振的情況主要有以下幾種：（1）中性點不接地系統中出現單相接地情況時易引起非接地兩相勵磁電流激增，從而引起PT鐵磁諧振。（2）合閘過程中由于相位角不同極易引起諧振。（3）在實際電力系統中，配電變壓器的故障接地、輸電線路斷線、熔斷器的不對稱熔斷以及斷路器不同期操作等，均能構成串聯諧振回路，只要有足夠強烈的沖擊擾動，并且參數配合適當（一定的線路長度、斷線點），即會引發基波、分頻、高頻諧振[2]。

3 PT鐵磁諧振的消除

國內外學者針對電磁式PT所導致的鐵磁諧振過電壓提出了多種抑制方法，針對鐵磁諧振產生的原因提出以下幾種傳統的消除方法。

（1）在一次繞線中性點接入非線性電阻。這是目前較為常用且所需經濟成本較少的一種方式。因為鐵磁諧振與回路中的阻尼現象密切相關，只有當由電源提供的能量與輸入的能量平衡時才會引起諧振過電壓，因而通過接入非線性電阻，消耗諧振的能量，并且也在一定程度上減少了流過PT的電流，有利于鐵磁諧振過電壓的抑制與消除。因其實用經濟性，運用廣泛。

（2）在開口三角處并聯電阻。在一般情況下，PT發生諧振時在開口三角處會產生約為100～200 V的電壓，因而可以在三角處并聯一個220V/600W/80電阻[1]，用以消除鐵磁諧振過電壓，該方案也較為方便可行。

（3）選用勵磁感性較好的電磁PT。在用電所選用材料之初，就應該考慮電磁式PT的勵磁感性，因而一個消除電磁式PT的鐵磁諧振的做法是采用勵磁感性較好的電磁PT，但是這并不能從根本上消除電磁PT產生的鐵磁諧振過電壓，且成本會相對較高，因而現階段這種方法并沒有被廣泛運用。

（4）在中性點中接入消弧電圈。在中性點中接入消弧電圈就是一次在PT的勵磁電感上并聯接入一個消弧電圈的電感，使得PT的等效零序電路相當于短路狀態，以此來破壞系統的諧振發生條件，達到消除鐵磁諧振的效果。

（5）零序PT接線法。將單相PT與三相PT的一次中性線實現串聯的方式即為零序PT接線法，由于其由4個單相PT共同構成，所以稱其為4PT。

近幾年來隨著有關鐵磁諧振方面的研究增多，也出現了一些利用理想狀態空間模型的方法來進行鐵磁諧振主動控制的方法，比如，延遲反饋法、脈沖同步法等于非線性動力學的相關理論。

4 結語

我國對于電磁式PT的鐵磁諧振現象的研究較多，并根據不同的鐵磁諧振過電壓產生的原因進行分析，并根據原因提出了不同的抑制方法，每種抑制方法均有其特有的優點和不足之處，變電所的相關人員可以根據具體的要求有目的性地選擇相應的方法，并運用數學模型進行研究分析，幫助尋找更多有效經濟的方法，避免因鐵磁諧振過電壓而導致財務上、人員上的損失，同時也避免給相應區域的居民帶來不便影響。

參考文獻

[1] 趙嘉.PT諧振的分析與抑制措施[J].工業技術，2014（4）：129-130.

[2] 趙曉峰.電磁式PT鐵磁諧振的防范與抑制措施[J].電子世界，2015（14）：179-180.

[3] 羅益虹.10kV電磁式電壓互感器高壓側熔絲熔斷原因與抑制措施及電量追補[J].科技創新與應用，2014（6）：156.