10kV电磁式电压互感器爆炸的解决方案要点.doc

10kV电磁式电压互感器爆炸的解决方案0引言电磁式电压互感器(TV广泛应用于各电压等级的电力系统中。在35kV及以下的中压配电网中，由于普遍采用中性点非有效接地方式，过电压现象出现的概率比较大。过电压引起电气设备绝缘的破坏，其中电磁式TV的熔断器烧毁和爆炸事故是中压电网中常见的由过电压引起的电气设备事故之一。因此研究这类问题对现场设备的安全运行具有重要意义。本文将就某县级供电企业2起TV爆炸事故的现象、原因、产生机理进行分析并提出了解决方案，还介绍了中性点非有效接地系统中常见的过电压类型。1事故现象 2起TV爆炸事故发生在35kV和10kV变电站的10kV母线上。 (135kV变电站A附近有一大型造纸企业，负荷较重。为补偿系统消耗的无功，该变电站II段母线装设了一套自动投切电容器。电容器分为5组，每组100kvar。每组自动投切电容器带有2个用于测量线电压的干式电磁电压互感器(TV。实际运行中，第1组自动投切电容器连续发生TV爆炸现象。而其他4组自动投切电容器的TV却能够正常运行。 (210kV变电站B10kV母线互感器间隔内装有1台三相五柱式TV，TV以星型方式接入电网，中性点直接接地。在实际运行中，TV烧毁的现象时有发生。 2爆炸原因分析2.1电磁式TV爆炸的原因理论分析和实际运行经验表明，TV爆炸和烧毁事故的直接原因是内部过电流引起发热所致。过电流的表现形式有2种：由于谐振或其他原因，TV上承受的过电压和过电流虽然幅值较小，但是时间较长，大量电能作用在TV上并转化为热能，使其长期发热。当热量积累到一定程度时，TV中大量绝缘纸、绝缘介质会受热而汽化，体积急速膨胀，而干式TV内部空间有限，当压强增加到一定程度时便发生爆炸。由瞬间高幅值过电压引起的过电流。幅值达到一定程度的过电压会造成匝间短路而引起过电流。这种过电流一般幅值很大，会使TV中的绝缘介质迅速汽化，因此由高幅值过电压引起的爆炸更加猛烈。 由以上分析可以看出，过电压会引起过电流，过电压和过电流在实际电网运行中相伴而生。因此应该从电网中常见的过电压类型中去寻找TV爆炸的根本原因。2.2中压电网常见的过电压类型 中压电网的过电压可分为外部过电压和内部过电压。外部过电压主要是由于雷击引起的，本文不作详细叙述。内部过电压通常包括操作过电压和谐振过电压。如当系统内开关操作或电力系统出现事故时，电力系统将由一种稳定状态过渡到另一种稳定状态。在此转化过程中由于电力系统内部电磁能量的振荡、互换及重新分布，就可能在某些设备上，甚至在整个电力系统中产生较大的过电压。又如当进行开关操作时，某些回路被分割开来，如果其参数满足共振条件，则可能引起强烈的具有共振性质的振荡，并导致严重的过电压。前者称为操作过电压，后者称为谐振过电压。操作过电压持续时间较短，幅值较高。此种过电压可以分为4种：中性点不接地系统的弧光接地过电压。空载线路或电容性负荷的拉闸过电压。切除电感性负荷或空载变压器的过电压。空载线路的合闸过电压，特别是自动重合闸时的过电压。谐振过电压一般持续时间比较长，甚至可能长期存在。此种过电压可分为2种：系统参数为线性的线性谐振过电压;铁磁谐振(非线性谐振过电压，它是由于系统中变压器、TV、消弧线圈等铁心电感的磁路饱和作用而激发引起的过电压。 2.3 A变电站TV爆炸的原因分析从A变电站现场接线来看，由于TV接在AB和BC相间，没有接在零序回路里，所以不可能是谐振过电压。TV只是为投切电容器服务，因此真空断路器投切电容器引起的操作过电压应该是导致TV爆炸的原因。 投切电容器时产生的过电压有2种，一种是电容器合闸时产生的过电压，另一种是切除电容器时由于开关发生重燃产生的过电压。第1种过电压产生的原因主要是由于电容器上的电压不能突变所致。当合闸时系统电压会迅速下降，引起暂态振荡，最后达到新的稳定。此暂态过程产生的过电压与合闸时间有关,但最高不会超过2倍的系统电压。第2种暂态过电压是因为开关发生重燃时，电容器上的初始电压与系统电压极性相反，从而在暂态过程中可能产生3倍以上的过电压。这种过电压对电容器的危害性更为严重。对于切除电容时的过电压，又可以分为单相重燃和两相重燃2种情况。其中两相重燃引起的相间过电压尤为严重，最大值可以达到6倍系统电压以上。因此在如此高的电压之下相间TV发生爆炸就不足为怪了。2.4 B变电站TV烧毁的原因分析B变电站烧毁的TV是母线上用于测量相电压的三相五柱式TV，连接在零序回路里。这种TV烧毁现象是由于铁磁谐振引起的。如前所述，铁磁谐振过电压是一种常见的非线性谐振过电压。 如果电感和电容的参数不匹配，则不会产生串联谐振，电路中也不会出现过电流。但是电感的参数是非线性的，当流过电感的电流过大，电感铁心就会出现饱和现象。电感一般工作在伏安特性曲线开始的线性部分，当遇到过电压过电流时，运行点则会沿着曲线上升到非线性部分。当运行点上升到电感伏安特性曲线与电容伏安特性曲线相交处时，就会引起串联谐振。电路当发生串联谐振时电感和电容的组合等效于一根导线，电路中的电流在理论上为无限大，这就是简单意义上的铁磁谐振。在中压电网中，TV直接安装在母线上。因电路为容性，TV会与互感器电感组成零序回路。 电力系统运行和实验表明，当TV的电感和线路对地电容匹配时，在一定的条件下(如空载母线合闸、瞬时短路故障消失等，这些情况都可能引起TV铁心饱和，便会产生不同频率的铁磁谐振。随着线路长度的增加，依次会发生3倍频谐波谐振、基频谐振、分频谐振。TV是三相电器，所以它引起的铁磁谐振是三相铁磁谐振。电力系统运行和物理仿真实验表明，当电源向空载母线合闸时最容易出现3倍频谐波谐振;有时当变电站的出线很短时，也可能出现3倍频谐振。因负荷电流引起的压降很小，甚至没有，所以电压常常较高，其主要危害在于过电压倍数较高，往往引起主设备的绝缘被击穿或TV爆炸，后果十分严重。3倍频谐振主要表现为三相电压同时升高。 基波谐振通常表现为2相电压升高，1相电压降低。因基频谐振和工频电压是同频率，比较容易从电源获得能量，所以基频谐振能产生很大的过电流，有时表现得非常强烈，比较容易造成TV爆炸。 分频谐振总是表现为2相电压同时升高，它的主要危害也是产生过电流。分频谐振引起的过电流虽没有基频谐振过电流大，但也往往超过了TV的热稳定允许电流值，在长期分频谐振作用下也可能烧毁TV。3解决方案 TV爆炸对配电网的安全运行构成重大威胁，爆炸飞溅物有可能损伤其他正在运行的设备，甚至引起短路而造成停电事故，因此必须尽快解决。3.1由操作过电压引起的事故 对于由操作过电压引起的TV爆炸事故，解决的根本办法是提高断路器的熄弧能力，也可以采用限制电压幅值的办法。以下提供3种解决方案： 信息请登陆:输配电设备网 (1改善真空接触器的开关特性。鉴于电容器自动投切装置中其他4组电容器没有发生过TV爆炸事故，可以认为优良的开关特性能够限制重燃过电压的产生。因此最简便的解决措施就是更换开关特性优良的真空接触器。(2在事故电容器组上加装避雷器。避雷器的持续运行电压应按线电压考虑，同时为了提高对相间过电压的保护能力，建议采用带串联间隙的四星型氧化锌避雷器。(3对于A变电站爆炸的TV，由于其接在断路器的电容侧，可以采用将原来接在线间的TV改为三相星型接法，中性点直接接地，然后在二次侧串联出原来需要的线电压的办法来防止TV爆炸。这样当断路器断开后，电容器上的残余电荷将通过星接的TV放电。由于TV的直流电阻很大(315k，过渡过程衰减较快，使断路器两端最大恢复电压降低，避免重燃或减小重燃后的过电压幅值。3.2由铁磁谐振引起的事故对于由铁磁谐振引起的TV爆炸事故，解决途径可以是改变运行操作方式，或采用励磁特性好的TV，甚至采用电容式TV。但是最可行的办法还是限制TV上的过电压，防止其进入饱和区。为此可采用的手段有：在原来星接TV的中性点和地之间加入一个特殊设计的第4TV，保证TV所承受的电压不大于相电压，同时改变二次接线，以保证原TV的测量精度。这种方法造价低，可以解决大部分铁磁谐振问题。在系统中性点串联消谐电抗器，破坏谐振条件。综合考虑系统电容电流的大小，如果需要，可以加装消弧线圈。消弧线圈可以彻底解决铁磁谐振问题，而且对于其他形式的过电压都有很好的抑制作用。但是消弧线圈造价高，在系统电容电流较小的情况下加装消弧线圈是不经济的。4结束语 经过各个方面的比较，2个变电站分别采取了更换开关特性优良的开关方案和在原来星接TV的中性点与地之间加入一个特殊设计的第4TV的方案，满足了各自现场运行的需要。5参考文献 1周泽存.高电压技术.北京：中国电力出版社，1988. 2解广润.电力系统过电压.北京：水利电力出版社，1985. 3杜斌,赵峰,高亚栋，等.10kV系统中切除并联电容器时的重燃过电压研究.高压电器,4黄秀清，张岚先,嘉红贤，等.真空断路器操作过电压的分析与限制措施.有色设备,25王川，杜世俊.带串联间隙四星型接法的MOAJ.电磁避雷器，1995，电磁式电压互感器电磁式电压互感器的工作原理、构造和连接方法都与变压器相同。其主要区别在于电压互感器的容量很小，通常只有几十到几百伏安。电压互感器与变压器相比，其工作状态有以下特点：1.电压互感器一次侧的电压（即电网电压），不受互感器二次侧负荷的影响，并且在大多数情况下，二次侧负荷是恒定的。2.电压互感器二次侧所接的负荷是测量仪表和继电器的电压线圈，它们的阻抗很大，因此，电压互感器的正常工作方式接近于空载状态，必须指出，电压互感器一次侧不允许短路，因为短路电流很大，会烧坏电压互感器。电磁式电压互感器的铁磁谐振摘要：电磁式电压互感器和电容式电压互感器都能满足对电网的计量和保护作用。从性价比分折此两种互感器的优劣，提出呈容性SF6绝缘电磁式电压互感器为高压电压互感器的最佳选择，呈容性树脂绝缘电磁式电压互感器为中压电压互感器的最佳选择之一。关键词：电磁式 电容式 电压互感器 电磁谐振 呈容性的电磁式电压互感器1电磁式电压互感器（以下简称PT）1.1原理一次、二次线圈通过铁芯电磁感应，将高电压变换成标准低电压（100；100/3；V），供计量及保护用。PT入端阻抗为电抗（感抗性质）。电网的所有元件中，入端阻抗为容抗（XC）性质的有：输电线对地电容；耦合电容器；断路器断口的并联电容及电容式电压互感器（以下简称CVT）。入端阻抗为感抗（XL）性质的有：PT、变压器及电抗器。当电网正常操作（断路器投切）出现的操作过电压或大气过电压时，电网会因铁磁谐振（电网中容抗与感抗相等）而烧毁电网的某些元件（例：PT）。由于变压器和电抗器在工作电压及过电压时其产品处于铁芯饱和状态，产品的入端阻抗值基本不变，而PT在电网电压改变时自身的感抗值可能会与电网的容抗值相等发生铁磁谐振烧毁PT。所以，在电网中所有的元件中，仅要求PT应避免铁磁谐振的发生。1.2结构按电压等级不同，主绝缘介质为：油纸绝缘；SF6气体绝缘；环氧树脂绝缘。1.3特点PT准确度不受外界因素（环境及运行温度、电源频率、环境污染）的影响，其误差值是稳定的；一次与二次变换是瞬间发生的，无暂态响应问题（PT为电抗元件，不是储能元件）；存在铁磁谐振问题（PT的入端阻抗可能会因电网过电压使其与电网容抗相等）可能烧坏PT。2电容式电压互感器2.1原理电网的一次高电压经电容分压器抽取较低电压值（例：1520kV，其等值阻抗为容抗（XC）性质，与电磁单元（中间变压器和补偿电抗器）的阻抗为感抗性质（XL）相等。即达到CVT的理想工作状态（二次回路XCXL）时，互感器内阻最小，CVT误差随负荷变化最小；CVT输出容量最大，此时是CVT的正常工作状态。2.2结构按电容分压器与电磁单元连接方式分为1叠装式电容式电压互感器：电容分压器叠装在电磁单元之上，中间变压器的一次高压线由电容分压器内部引线到电磁单元，中压接线封闭在产品内部。结构紧凑。2分装式电容式电压互感器：电容分压器和电磁单元分开安装，电磁单元有外露套管与电容分压器的中压端子在外部接线。电容分压器为充油式电容器；电磁单元为变压器油绝缘。2.4优点电容式电压互感器是经电容分压器与电网连接，不存在非线性电感，与电网不发生铁磁谐振承受高电压的电容分压器内部电场分布较均匀，具有耐受雷电冲击能力强的特点。超高压（500kV）电容式电压互感器的价格比电磁式电压互感器便宜，因为，电容式电压互感器随电压等级增加，其电磁单元基本不变，仅增加电容分压器的价格（增加电容分压器节数的价格）。而电磁式电压互感器随电压等级增加，其绝缘结构随之复杂，使其价格按比例增加。可兼作耦合电容器使用，用于载波通讯（由于目前移动通讯成本很低，用电容式电压互感器作此用途己较少了）。2.5缺点：电容式电压互感器内部可能发生低频谐振CVT内部是由XC及XL组成，而XL是非线性电感，当电网正常运行或/和出现过电压时，可能发生铁磁谐振(此谐振不会波及到电网，仅会烧毁CVT。为了限制此过电压，尽管在电磁单元内的中间变压器高压侧加装避雷器和阻尼器，但不能保证能完全起作用。若避雷器动作后，必须停运更换避雷器。它不能根本消除铁磁谐振的发生。电源频率影响互感器的误差电容式电压互感器工作原理是在电容分压器抽取电压后经电磁变换后得到低电压。电容分压器的电容量C1、C2值是随电网频率f而改变。当电容量变化后，电容式电压互感器的理想工作状态（XCXL即接近串联谐振）发生变化，导致互感器的误差改变。电源频率变化的标准为50Hz±1%时，XC的变化可达±2%，可见电容式电压互感器的误差受频率影响的程度。环境污染程度对误差的影响环境(特殊气候和污秽条件的污染情况会在电容分压器的伞裙上形成分布的杂散电容和泄漏电流，此分布电容直接与电容分压器的C1、C2并联，改变了电容式电压互感器的XC值，从而对误差产生影响。CVT运行时温度对误差的影响电容分压器的绝缘介质为聚苯烯薄膜和绝缘纸复合，绝缘介质受温度的改变使得电容温度系数也变化，此影响到电容分压器的C1及C2值变化。最终使得CVT误差变化。叠装式结构的电容式电压互感器，电容分压器的C2值与电磁单元在一体内，受电磁单元运行时温度升高影响大于C1。C1与C2电容值增加的比例不同，抽取的电压变化，因而误差变化。分装式结构的电容式电压互感器，由于电容分压器与电磁单元是分体的，电磁单元的运行温度不会对C2有影响。CVT“滞留电荷”现象对误差的影响当电网正常操作停运被切断，电荷可能滞留在线路上而未采取措施接地或放电时，电网再次接入时电容分压器的C2将重新充电-Up(C1/C2，并按电磁单元确定的时间常数衰减，此电压叠加在正弦波信号上，会对误差造成很大的影响。叠装式结构的电容式电压互感器不便于作监督试验电容分压器的C2与电磁单元不能分开作试验，其绝缘状态在现场难判断；中压连线在装配时易产生与电磁单元之间闪络放电；运输必须整体，不能与电容分压器分开运输。运输较难，尤其是电压等级越高越突出。分装式结构的电容式电压互感器无此问题。CVT不宜做关口计量用电压互感器由于温度（环境及产品运行的温升）；电源频率；污秽条件(杂散电容和泄漏电流；“滞留电荷”等因素对电容式电压互感器的误差影响，而这些因素在产品制造和运行中不可避免的，因此有些省局规定电容式电压互感器不宜做关口点计量。对此点，为说明问题，摘录“IEC60044-5:2002电容式电压互感器”有关准确度论述章节：a9.8准确度试验9.8.1一般要求：注2：目前的运行经验表明，CVT可以满意地作为0.5级使用。温度的突变，特殊气候和污秽条件，杂散电容和泄漏电流皆会影响电压误差和相位差。这些仅用理论方法可计算的影响，对于准确度较高的CVT极其重要。b10.6准确度检验注2：1当CVT在其温度和频率的各参考范围内使用时，用裕度考虑温度和频率所引起的误差变化。允许值由温度和频率影响同时出现的最不利情况来确定。裕度取决于电容器介质的类型及其结构。图1的误差图中画出了20%+裕度。裕度由制造厂决定。2如果是在完整的CVT上作准确度检验，要对温度和频率的综合影响而增加一些裕度。图1用等效电路作准确度（1.0级）检验的误差图2.6产品绝缘性能的分析产品的高压主绝缘由电容分压器承担。电容分压器内部的电场分布均匀，在制造过种中保证电容器的清洁度是绝缘性能可靠的关键。产品内部发生铁磁谐振是对运行造成严重绝缘隐患。传统的电磁单元为了防止铁磁谐振过电压，在中间变压器的高压侧装有避雷器，但仍不能完全保证将过电压限制，在运行中时而烧坏产品。有的厂家将改善中间变压器的设计，使中间变压器本身的入端阻抗从感抗性质改变为容抗性质。这样，从电容式电压互感器的等值电路可见，在过电压因数不超过1.5倍内，电容分压器的容抗与电磁单元的容抗不可能发生铁磁谐振。这样，产品不会出现铁磁谐振过电压，在此种产品内，己取消中间变压器一次侧的避雷器。2.7电容式电压互感器准确度计量作为电压互感器的基本性能之一，互感器的准确度必须保证。由于电容式电压互感器是从电容分压器抽取一个中间电压送入电磁单元，经电磁变换后降到标准低电压，供计量和保护用。它的工作状态是容抗与感抗接近相等（串联谐振），此时产品的准确度最高、误差随负载变化最小，输出容量最大。但是在运行中，有多种因素影响从电容分压器抽取的电压值，因而互感器的输出值改变，也就是说，误差偏离出厂值（己调整好的数值）。影响因素电容分压器的电容值的因素：1电源频率。2电磁单元的温升对电容分压器电容C1、C2的影响不同，造成抽取电压变化。3环境污秽条件不同对电容分压器外绝缘套管的分布电容，使电容C1、C2的影响不同，造成抽取电压变化。4“滞留电荷”现象对误差的影响。因此，电容式电压互感器不宜做关口计量。3电磁式电压互感器的铁磁谐振问题3.1铁磁谐振机理3.1.1谐振引起的暂时过电压谐振可能是线性的，也可能是非线性的。铁磁谐振是属于非线性谐振。非线性谐振时，其谐振频率可能是电源频率（基频谐振）、或其分数（分次谐波谐振）、或其一定的倍数（偶次或奇次谐波谐振）。在有大电容元件（如串联补偿电容器、电缆等）和具有非线性磁化的电感元件（如变压器、电磁式电压互感器等）的回路内，由于操作或负载突变，可能激发起不同类型的非线性谐振过电压，其持续时间与激发的起因、回路本身的特性有关，或者是稳定的，或仅持续一定时间。此类谐振过电压可分为：基频铁磁谐振：1在中性点不接地系统中，当空载母线合闸或单相接地，且由于各相电磁式电压互感器的饱和程度不同，可能产生基频铁磁谐振。2带空载母线或轻载变压器的线路中，非全相操作或断线，形成电容与非线性电感的串联电路，且该回路总阻抗为容性时，过电压将较高。基频铁磁谐振过电压通常被铁芯饱和所限制。分次谐波谐振在串联补偿电容器、并联电抗器的串联回路和电磁式电压互感器与母线对地电容并联回路内，如作用电压、回路参数（电容值、含铁芯的电感线圈线性部分的电感值、电阻值、饱和后的磁化特性等）满足一定条件时，可因操作而激发起分次谐波谐振过电压（一般为1/2次谐波）。高次谐波谐振由变压器供电的轻负载线路，如果由变压器或电磁式电压互感器的激磁支路看去，系统的线性部分的自振频率恰与变压器激磁电流的某一谐波频率相等时，会出现奇次谐波谐振过电压。由于电感周期性变化，在一定条件下可能激发起基频、偶次谐波谐振。含铁芯电感线圈接入电源或开断故障时，其磁路内将有过渡过程一非周期性励磁出现，这将使激磁电流内的偶次、奇次谐波，如其外的系统的线性部分的自振频率恰与励磁电流的某一频率相等时，会出现偶次、奇次谐波谐振过电压。3.1.2谐波谐振过电压电磁式电压互感器的励磁特性为非线性，它与电网中的分布电容或杂散电容在一定条件下可能形成铁磁谐振。一般情况下电压互感器的感性电抗大于电网的容性电抗。当电力系统正常操作或某种情况产生暂态过程时，需要断路器切合线路(尤其是切合空载母线时，会出现操作过电压，引起互感器的工作点移动，严重时可能出现饱和，此时在电压互感器感抗降低的过程中，当与电网的容性电抗恰好匹配时，将出现铁磁谐振。铁磁谐振可能会发生在不接地系统和接地系统中。铁磁谐振的谐振频率是根据电网的电容值而定，谐振频率可为工频和较高的工频或较低的工频所产生的谐波。铁磁谐振产生的过电流和/或高电压都会造成电压互感器的损坏，特别是低频谐振时，电压互感器相应的励磁阻抗大为降低而导致铁芯深度饱和。励磁电流急剧增大，高达额定值的数十倍至百倍，严重损坏电压互感器。3.2中性点不接地系统的铁磁谐振3.2.1对电磁式电压互感器应用的要求我国配电网系统为中性点绝缘或中性点经消弧线圈接地，统称为中性点非有效（不接地）接地系统。电磁式电压互感器作为电网的计量及保护而大量使用。为此，对电磁式电压互感器的要求有：在发生单相接地故障时系统不停电，要求电磁式电压互感器继续安全地运行规定的时间（相对于不同电压因数的连续运行时间），并要求电压互感器应发出正确系统单相故障信号，以保护电网的安全供电。应采取措施保证电磁式电压互感器安全可靠运行：在中性点不接地系统中，电磁式电压互感器是非线性元件，它与线路对地电容形成并联谐振回路，当单相接地或线路合闸等激发条件下，会出现铁磁谐振，烧坏电压互感器。为了避免此损坏，要求电磁式电压互感器本身可与电网不发生铁磁谐振；采取措施限制铁磁谐振的发生。3.2.2铁磁谐振机理在中性点不接地系统中，电源变压器中性点不接地，为了监视绝缘，采用三相接地电磁式电压互感器，互感器的一次绕组中性点直接接地（图2）。互感器的励磁电感分别为Lu、Lv、Lw，与其并联的电容Co表示此相导体和母线的对地电容。Co与励磁电感并联后的导纳为Yu、Yv、Yw。图2中性点不接地系统中三相电压互感器谐振时电路图在正常运行下，励磁电感Lu=Lv=Lw，即导纳Yu=Yv=Yw。三相对地负载是平衡的，中性点电位为零。当电网中发生冲击扰动，例：电源合闸至空母线时，使互感器的一相或二相出现涌流现象，或线路瞬间单相弧光接地（或熄灭）后，健全相（或故障相）电压突然升高也会出现很大涌流，造成该相互感器磁路饱和，励磁电感L相应减小，这样三相对地负载就不平衡，中性点出现位移电压，其值为：式中：EO中性点位移（对地）电压，V；Eu、Ev、Ew三相电源电压，V；Yu、Yv、Yw三相励磁电感与母线电容并联后的导纳，s。若果在正常运行时，由于互感器励磁阻抗很大，各相的导纳呈现容性，电网发生扰动的结果使V相和W相电感即Lv、Lw减小，电感电流增大，可能使V相和W相导纳变成感性（见图2）。感性导纳L和容性导纳C相互抵消，使总导纳Yu+Yv+Yw显著减小，位移电压Eo大为增加。当出现参数配合适当时，总导纳接近于零，此时产生了串联谐振现象，中性点位移电位将急剧增加。三相导线的对地电压等于各相电源电势和位移电位的相量和，结果是两相对地电压升高，一相对地电压降低。这就是基波谐振的形式。电磁式电压互感器铁芯磁化曲线是非线性的，由于铁芯的磁饱和引起电流、电压波形的畸变，即产生了谐波，使上述谐振回路还会对谐波产生高频、工频和分频谐振过电压。当空载母线合闸时Co（该相导线和母线对地电容）很小，将产生3倍以上高频谐振过电压。当空载母线合闸时有较大的Co则会出现工频谐振。当空载母线合闸时有很大的Co（出线较长）时，将产生分频（通常为1/2次）谐振。分频谐振过电压一般不超过2倍相电压，但由于励磁感抗减半，电压互感器又深度饱和，在励磁电流急剧增大，甚至达额定值的百倍以上，造成电压互感器过热、烧坏。由上述分析可见，在中性点不接地系统出现的谐振过电压属于零序性质。损坏电磁式电压互感器通常有两种情况：1电压互感器的一次绕组烧坏，是持续的铁磁谐振造成。一般是发生在空载母线合闸时，该相母线的对地电容较小，产生三倍频的高频谐振过电压。2高压熔断器频繁熔断。是由超低频铁磁谐振造成。超低频铁磁谐振是在单相接地故障消失瞬间，电网对地电容与电压互感器励磁电感产生的一种短暂电磁振荡。这种情况出现在空载母线合闸时有较大的母线对地电容的电网中。尤其是在间隙性电弧接地故障时，更为严重。3.2.3限制或消除铁磁谐振的措施及其分析在电压互感器的剩余绕组开口三角装消谐器（图3）消谐器可以为固定的电阻：低值电阻或白炽灯泡（610kV可用200W；35kV可用500W）或专用的消谐器（非线性电阻型：电子微机型、电感型、电容型）。本措施是在电压互感器的二次加装消谐器，称二次消谐器。低值电阻在正常运行是要消耗能量，对开口三角电压也有影响。电子微机型消谐器是当谐振发生时瞬时接通高阻抗回路，有良好的消谐效果。但是对低频振荡不起作用。因此，只适用于对地电容较小的电网。图3在电压互感器剩余绕组的开口三角装消谐器在电压互感器一次绕组中性点与地之间接入线性电阻：10k级的电阻。属于一次消谐器。它对抑制铁磁谐振和超低频谐振都有较好的效果，适用于对地电容较大的电网。一次消谐器安装位置会造成以下问题，因而一次消谐器的应用受到限制：1高压中性点发生位移，造成三相电压不平衡。2使电压互感器二次侧相电压波形中出现明显的三次谐波，导致相电压测量结果严重失真。3电压互感器开口三角会滤出三次谐波的干扰信息，其值可达几伏到十几伏，影响接地信号继电器的整定。在电压互感器一次绕组中性点与地之间接入非线性电阻：电子型、电感型、电容型。属于一次消谐器，同样，也存在与同样的问题。在互感器一次侧中性点经高阻抗接地（图4）：在三相电压互感器或三台单相电压互感器的一次侧中性点与地之间接一单相零序电压互感器。俗称“4PT”法，属于一次消谐器。它对抑制铁磁谐振和超低频谐振都有较好的效果，适用于对地电容较大的电网。“4PT”法的特点：1采用零序电压互感器二次绕组的补偿作用，消除了二次相电压测量中三次谐波的影响。2三相电压互感器的开口三角回路是短接的，因此，零序电压互感器承担测量零序电压，三相电压互感器测量正序电压。3零序回路中只有单相电压互感器一种电感，与三相电压互感器的励磁电感小得多，在激发的过电压作用下，感抗值无法与电网的对地电容相等，产生铁磁谐振的充分必要条件不具备，即起到抑制或消除铁磁谐振的作用。图4在电压互感器一次侧中性点经高阻抗接地在电压互感器的一次侧加装避雷器来限制操作过电压或暂态过电压：控制互感器的工作点（即互感器的励磁电抗值）在一定的范围内，这样，破坏了产生铁磁谐振的充要条件，达到限制电铁磁谐振的目的。在电压互感器的一次侧或二侧加装熔断器：当发生铁磁谐振时，产生的励磁电流急剧增大，用熔断器来保护互感器不烧毁。在母线上加装一定的对地电容，使之超过一定临界值，使回路超过谐振区域：化工、冶炼行业是电能巨大的用电大户，为了减少电费，将负荷功率因素呈容性，因而安装了静补装置，即在电网上的对地电容大大增加，电网对地电容远大于系统的感抗。铁磁谐振的条件不可能存在。从根本上解决了铁磁谐振问题。选用在额定电压因数为2倍内呈容性的电磁式电压互感器：在中性点非有效接地系统中对电压互感器的额定电压因数值的要求为1.9倍。电磁式电压互感器运行在额定电压因数2倍以下时，PT呈容抗性质，电网铁磁谐振的充要条件不存在，避免了谐振。采用电容式电压互感器。将电源变压器的中性点经消弧线圈接地。综上所述，由于铁磁谐振的复杂性，尚未找出一个措施是十全十美的方案，任何措施有其局限性。应按照使用场合电网的配合具体情况，应用某一个消谐措施。3.3中性点直接接地系统的铁磁谐振3.3.1铁磁谐振机理66kV及以上的电网为中性点直接接地系统。为研究最严重情况，考虑变电站所仍采用带断口电容器的少油断路器（新建变电站大多采用无断口电容的SF6断路器）。见图5，设母线上接有电磁式电压互感器，其电感为L，与其并联的相导体及母线对地电容为Co。当母线停电切除或恢复设备运行或其它运行方式中，只要出现断路器断口电容与电压互感器形成串联回路，同时母线对地电容Co较小与电压互感器并联后其伏安特性呈感性（假设其等值电感为L1），当电源电压具有足够在的电压扰动、互感器铁芯出现饱和时的等值电感减小到L1=1/Co时，就产生铁磁谐振，长时间的磁饱和是流将烧坏电压互感器。电磁式电压互感器在断路器分闸或隔离开关合闸时可能与断路器并联均压电容或杂散电容形成铁磁谐振。由于电源系统和互感器中性点均接地，各相的谐振回路基本上是独立的，谐振可能在一相发生，也可能在两相或三相发生。图5中性点直接接地系统电压互感器谐振时接线图铁磁谐振的性质：此种谐振是在电源变压器和电压互感器的中性点都直接接地的条件下产生的，具有正序和负序性质。所以，将电压互感器剩余电压绕组开口短接是不能完全消除谐振的，应采用其它方法。3.3.2限制或消除铁磁谐振的措施改变倒闸操作方式，避免带断口电容的断路器投切带电磁式电压互感器的空载母线。对于参数配合不好、易激发谐振且己投运的变电站，一般采用改变倒闸操作方式，避免带断口电容的断路器投切带电磁式电压互感器的空载母线。具体操作时一定要作到：投入时先投入断路器；切除时事先切除电磁式电压互感器；切除时在有可能时也可先临时断开电源变压器的中性点。采用电容式电压互感器，根本上消除此种谐振的可能性。选用在额定电压因数为2倍内呈容性的电磁式电压互感器。在中性点非有效接地系统中对电压互感器的额定电压因数值的要求为1.9倍。电磁式电压互感器运行在额定电压因数2倍以下时，PT呈容抗性质，电网铁磁谐振的充要条件不存在，避免了谐振。4电压互感器的选择高压电压互感器一般指66kV1000kV电压等级的电压互感器：油纸绝缘或SF6绝缘电磁式电压互感器；电容式电压互感器。中压电压互感器一般指35kV及其以下电压等级的电压互感器：油纸绝缘或环氧树脂绝缘电磁式电压互感器。以下简述其特点，提出选择意见。4.1高压电压互感器的选择表1高压电压互感器性能比较性能电压互感器的型式SF6绝缘电磁式电压互感器(呈容性SF6绝缘电磁式电压互感器(呈感性油浸绝缘电磁式电压互感器(呈感性油浸绝缘电容式电压互感器(呈容性主绝缘介质SF6气体SF6气体油、纸油、纸绝缘性能稳定性优良优良良好良好产品的tg无无有；可能回升有；可能回升产品本身存在高频谐振的可能性无无无有具有在线监测功能有有无无环境及运行温度对误差的影响无无无有电网频率对误差的影响无无无有一二次电压变换的瞬时响应瞬时反应瞬时反应瞬时反应不能瞬时反应故障后”滞留电荷”影响误差无“滞留电荷”问题无“滞留电荷”问题无“滞留电荷”问题“滞留电荷”影响误差污秽状态对误差的影响无无无有产品呈容性或感性呈容性呈感性呈感性呈容性与电网发生铁磁谐振的可能性不可能可能可能不可能变电站要求无油化产品符合符合不符合不符合现场监测产品绝缘性能试验的难易程度易易易难,对整体式CVT难于对中间变压器进行单独绝缘试验运行安全、可靠及运行维护运行安全可靠、少运行维护运行安全可靠、少运行维护运行中需定期绝缘监测及维护运行中需定期绝缘监测及维护4.2中压电压互感器的选择4.3小结按照性价比，提出高压电压互感器的选型意见：35kV及以下电压等级：宜采用户外（或户内）树脂绝缘电磁式电压互感器（呈容性）；66kV500kV电压等级：宜采用户外式SF6电磁式电压互感器（呈容性）；500kV以上电压等级：宜采用户外式电容式电压互感器。作者:徐世超(1942-：中山市泰峰电气有限公司；高级工程师/总工；长期从事互感器的设计制造工作.