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(tǒng)中，電磁式PT容易發(fā)生故障，對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響，而這種不良影響會(huì)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(xiàn)象產(chǎn)生的原因，在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的抑制措施。

關(guān)鍵詞：電磁式PT 鐵磁諧振 分析 抑制

中圖分類號(hào)：TM86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(diǎn)直接接地的用于監(jiān)測(cè)變電站對(duì)地電壓的裝置。在互感器中，鐵磁元件是在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中產(chǎn)生諧振的核心元件。在一般情況下，PT有很大的勵(lì)磁感抗，系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生諧振。但當(dāng)外界干擾的作用下，其勵(lì)磁電感下降并引起鐵磁諧振可能產(chǎn)生高達(dá)電壓數(shù)倍的過電壓，引起安全事故，造成系統(tǒng)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(xù)時(shí)間等因素會(huì)直接決定它所產(chǎn)生的危害。而諧振過電壓的幅值可以根據(jù)頻率的差異來體現(xiàn)。根據(jù)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(qū)域不同，可以根據(jù)諧振區(qū)域的不同來評(píng)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(qū)域。

1.2 鐵磁諧振危害

鐵磁諧振有可能會(huì)引起高達(dá)數(shù)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(yuǎn)高于額定電流的過電流，使得線圈的溫度升高，從而對(duì)電壓互感器的熔絲產(chǎn)生一定的威脅；由于過電壓可能會(huì)高出額定電壓數(shù)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(tǒng)導(dǎo)線所產(chǎn)生的電阻要相較于PT的勵(lì)磁電阻小得多，因而其電阻可以近似看作于零，忽略不計(jì)。PT的非線性電感和電網(wǎng)的對(duì)地電容構(gòu)成諧振回路?？梢詫⒅C振回路簡(jiǎn)化為圖2，其中L1、L2、L3與對(duì)地相等的電容Co間產(chǎn)生各自的振蕩回路。

2.2 基本原理

當(dāng)電壓互感器的非線性勵(lì)磁電感L1、L2、L3與對(duì)地電容Co產(chǎn)生鐵磁諧振并引發(fā)了電網(wǎng)中性點(diǎn)位移，因而導(dǎo)致了過電壓現(xiàn)象。在PT正常運(yùn)行時(shí)，不會(huì)發(fā)生位移現(xiàn)象。而當(dāng)線路發(fā)生了異常情況，容易引起振蕩，且如果恰好電壓互感器的勵(lì)磁感電與對(duì)地電容發(fā)生了參數(shù)匹配，振蕩回路的阻力顯著減少，極容易產(chǎn)生零序電流過大，零序電壓急劇增加，電壓互感器飽和的現(xiàn)象，從而形成持續(xù)的PT鐵磁諧振。ωL>1/ωC這一條件是鐵磁諧振的激發(fā)因素，而可以導(dǎo)致這一條件產(chǎn)生的原因主要包括電網(wǎng)電壓沖擊、勵(lì)磁涌流、系統(tǒng)間歇性接地、電網(wǎng)頻率波動(dòng)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(diǎn)不接地系統(tǒng)中出現(xiàn)單相接地情況時(shí)易引起非接地兩相勵(lì)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(shí)際電力系統(tǒng)中，配電變壓器的故障接地、輸電線路斷線、熔斷器的不對(duì)稱熔斷以及斷路器不同期操作等，均能構(gòu)成串聯(lián)諧振回路，只要有足夠強(qiáng)烈的沖擊擾動(dòng)，并且參數(shù)配合適當(dāng)（一定的線路長(zhǎng)度、斷線點(diǎn)），即會(huì)引發(fā)基波、分頻、高頻諧振[2]。

3 PT鐵磁諧振的消除

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)電磁式PT所導(dǎo)致的鐵磁諧振過電壓提出了多種抑制方法，針對(duì)鐵磁諧振產(chǎn)生的原因提出以下幾種傳統(tǒng)的消除方法。

（1）在一次繞線中性點(diǎn)接入非線性電阻。這是目前較為常用且所需經(jīng)濟(jì)成本較少的一種方式。因?yàn)殍F磁諧振與回路中的阻尼現(xiàn)象密切相關(guān)，只有當(dāng)由電源提供的能量與輸入的能量平衡時(shí)才會(huì)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(shí)用經(jīng)濟(jì)性，運(yùn)用廣泛。

（2）在開口三角處并聯(lián)電阻。在一般情況下，PT發(fā)生諧振時(shí)在開口三角處會(huì)產(chǎn)生約為100～200 V的電壓，因而可以在三角處并聯(lián)一個(gè)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(lì)磁感性較好的電磁PT。在用電所選用材料之初，就應(yīng)該考慮電磁式PT的勵(lì)磁感性，因而一個(gè)消除電磁式PT的鐵磁諧振的做法是采用勵(lì)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(chǎn)生的鐵磁諧振過電壓，且成本會(huì)相對(duì)較高，因而現(xiàn)階段這種方法并沒有被廣泛運(yùn)用。

（4）在中性點(diǎn)中接入消弧電圈。在中性點(diǎn)中接入消弧電圈就是一次在PT的勵(lì)磁電感上并聯(lián)接入一個(gè)消弧電圈的電感，使得PT的等效零序電路相當(dāng)于短路狀態(tài)，以此來破壞系統(tǒng)的諧振發(fā)生條件，達(dá)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(shí)現(xiàn)串聯(lián)的方式即為零序PT接線法，由于其由4個(gè)單相PT共同構(gòu)成，所以稱其為4PT。

近幾年來隨著有關(guān)鐵磁諧振方面的研究增多，也出現(xiàn)了一些利用理想狀態(tài)空間模型的方法來進(jìn)行鐵磁諧振主動(dòng)控制的方法，比如，延遲反饋法、脈沖同步法等于非線性動(dòng)力學(xué)的相關(guān)理論。

4 結(jié)語

我國(guó)對(duì)于電磁式PT的鐵磁諧振現(xiàn)象的研究較多，并根據(jù)不同的鐵磁諧振過電壓產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并根據(jù)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(yōu)點(diǎn)和不足之處，變電所的相關(guān)人員可以根據(jù)具體的要求有目的性地選擇相應(yīng)的方法，并運(yùn)用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行研究分析，幫助尋找更多有效經(jīng)濟(jì)的方法，避免因鐵磁諧振過電壓而導(dǎo)致財(cái)務(wù)上、人員上的損失，同時(shí)也避免給相應(yīng)區(qū)域的居民帶來不便影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙嘉.PT諧振的分析與抑制措施[J].工業(yè)技術(shù)，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(cè)熔絲熔斷原因與抑制措施及電量追補(bǔ)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（6）：156.