电磁式PT所致铁磁谐振过电压分析及抑制

Vol.23No.3

（NatureScience）2005年6月JournalofQinghaiUniversityJun.2005

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电磁式PT所致铁磁谐振过电压分析及抑制

刘春艳

（青海大学水电系，青海西宁

810016）

摘要：阐述了产生铁磁谐振过电压的原理及条件，并对小桥变电站35kV配电网中电压互感器

产生谐振过电压的现象进行了仿真计算和分析，提出了采用中性点接电阻同时配合使用消谐器方法抑制PT谐振。

关键词：电磁式PT；铁磁谐振；位移电压中图分类号：

文献标识码：A

文章编号：（2005）1006-899603-0030-04

AnalysisofresonanceovervoltageduetoelectromagneticPT

LIUChun-yan

（DepartmentofHydroelectricEngineering，QinghaiUniversity，Xining810016，China）

Abstract：TheprincipleandcauseofresonanceovervoltageduetoelectromagneticPTisintroduced，andasimulativeanalysisforresonanceovervoltagecausedintransformerina35kVdistributionnetworkinXiaoqiaoStationisrealized，inwhichthemeasureofneuterpointconnectingresistanceandusingreso-nanceeraseristakentoeliminatethePTresonance.Keywords：electromagneticPT；electromagneticresonance；voltagedisplacement

在中性点不接地的配电网中，为了监视三相对地电压，变电站和发电机的母线上都接有电磁式PT（电压互感器），其一次绕组接成星形，中性点直接接地。这样，电网对地参数除了电力设备和导线对地电容外，还有PT对地励磁电感，共同构成振荡回路。正常运行时，网络对地阻抗呈PT的励磁感抗很大，容性，三相基本平衡，中性点的位移电压很小，系统不会发生谐振。但某些情况下，如开关合空母线、线路中发生瞬时单相弧光接地等，这些扰动产生暂态冲击过程会使PT的三相励磁电感迅速饱和，且各相的饱和程度差别很大，致使三相对地阻抗明显不平衡，电网中性点出现较高的位移电压，从而出现过电压，使PT和三相对地电容构成的振荡回路产生PT谐振（铁磁谐振）。PT谐振是配电网中最为频繁出现和造成事故最多的一种内因过电压现象，它不仅造成系统过电压，而且造成PT过电流、过热冒油、爆炸、

［1］母线短路、严重影响配电网的安全运行。本文就此现象，对中性点绝缘系统中电PT保险熔断等事故，

磁式PT引起的铁磁谐振过电压数值特征及谐振判据进行了分析，从而选用一种或综合应用几种合理措

施进行阻抑。

得略成，与，其

为三相电源电势。

收稿日期：2004-12-29

作者简介：刘春艳（1971—），女，山东阳谷人，讲师。

第3期刘春艳：电磁式PT所致铁磁谐振过电压分析及抑制31═════════════════════════════════════════════════════════════1.2

基本原理

过电压是由于PT的非线性励磁电感L1、L2、L3与电网对地电容C0构成的铁磁谐振所

当PT的励磁电感与对地电容在某一频率下的参数匹配引起的电网中性点位移现象。图1所示电路中，

恰当时，可使振荡回路的阻抗显著减小。正常运行时，励磁电感位于非饱和区且基本相同，故各相对地导纳Y1=Y2=Y3=Y0，三相对地负荷平衡，电网的中性点为零电位，不发生位移现象。但回路受扰动中性点出现该频率下的零序振荡电压。因回路阻抗小，后，极易激发振荡，PT中流过相应的零序电流，零序电流相对很大，铁芯饱和，使电网对地阻抗很不平衡，中性点零序电压急剧上升，并与各相电源电压叠加产生严重的过电压，且维持PT饱和，形成持续的PT铁磁谐振。假定扰动是A相对地电压降低，B和C相电压瞬间上升，则B、L3值相应减小。正常状态下C相PT的励磁电流突然增大而发生饱和，L2、呈容性，而此时Y2、使总导纳ΣYi显著减小。据基尔霍夫第一导纳Y（2，3）Y3由容性变为感性，ii=1，（E2-UN）（E3-UN）定律得出：（E1-UN）Y1+Y2+Y3=0

3

EY+E2Y2+E3Y3

=UN=11

Y1+Y2+Y3

EiYiΣi=1

3（1）

YiΣi=1

这样，三相对地负荷不平衡，中性点位移电压UN显著增加，发生基波谐振。如果参数配合得当，扰而产生严重的串联谐振现象。动后的ΣYi可能接近于零，

［2］

可知发生各种谐波振荡的条件，随着根据H.A.Peterson曲线

XCO

增大，依次发生1/2分次谐波、基Xm

不再满足谐振条件。所以同时Em也逐渐增大。当比值小于0.01或远大于1时，波和3次谐波的谐振，

考虑运行方式和系统操作时，力求改变配电网中的电感电容之比，避免谐振。

2小桥变电站35kV系统PT谐振及分析

（以下简称小桥变）2.1系统概况小桥电站35kV配电网系统的电气主接线如图2所示。系统中性点

不接地，有L11、其容量为31.5MVA，接线方式为Y0/Y0/0-12-11，1#、2#两台主变，L12和L13三条出线，

、型零F共行为以区。不

变电站主变参数

短

变压器型号SFSZL1-31500110

容量（MVA）

31.5

变

化

UK1-2

110/38.5/10.5

10.5

UK1-317.5

UK2-36.5

路

阻

抗

青海大学学报第23卷32

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表2

型

号

直流电阻（Ω）

70006283

漏抗（Ω）945710971

PT参数

励磁感抗（MΩ）

相电压下108117.627

线电压下2.0427.667

励磁电阻（MΩ）

19.4640.03

JDJJ-35JDX6-35

表3

线路名称小桥-山川分厂小桥-铝制品厂小桥-朝阳

线路型号及长度

（km）LGJ-120/9.92LGJ-150/2LGJ-120/8.95

排列方式水平三角水平

）R（1Ω2.67840.422.4165

线路参数

正序参数）X（1Ω3.9680.7743.58

C（F）1µ0.089970.01890.0812

）R（0Ω4.0760.8683.625

零序参数）X（0Ω15.3662.5713.864

C（F）0µ0.048410.01040.04368

有些激发条件会引发PT谐振。采用单相瞬时2.2.1PT谐振与激发条件有关在一定的参数匹配下，弧光接地为激发条件，对小桥变35kV系统的PT谐振进行仿真计算，结果列于表4。

表4小桥变35kV系统瞬时弧光接地时PT谐振仿真计算结果

运行方式全部线路运行L12运行L11、L11、L13运行L11运行L12运行

对地电容（F）µ0.115590.071910.105190.054960.01695

XCO/XLe0.0170.0270.0190.0360.1159

最高相电压（kV）60.059.860.059.658.3

PT电流（mA）715.7/64.6593.5/52.7689.1/62.4544.7/47.7343.8/29.4

中性点电压（kV）30.230.230.230.230.2

谐振频率（Hz）1417.514.521.525

注：分母数值表示流入JDX6-35中的电流，表5相同。PT电流项分子数值为JDJJ-35中的电流，

从图2和表4的计算结果可知：会发生1/2次分频谐振，其它运行方式下①当L11和L12单线运行时，则出现非特征谐波谐振现象。②最高相谐振过电压约为60kV，即1.81pu，对电气设备绝缘不构成威胁。相电压为60kV左右，差异很小，其关键在于它们是暂态性③各种运行方式下的中性点电压为30.2kV，

的，实际上当谐振达到稳定时，过电压的峰值会低于表4对应的数值。④谐振频率越低，PT中的电流越大，非特征谐波谐振对PT中流过的电流比1/2次分频谐振对PT中流过的电流要大。其值都在正常运行值的100倍以上，极易烧毁PT熔丝。导致现场虽没发现PT谐振而PT熔丝已烧毁。⑤两台PT并联在母线上运行，因JDX6-35的伏安特性较JDJJ-35的好，所以不易饱和，流过的电流自然也小。出现PT谐振时JDJJ-35的熔丝更易烧断。

2.2.2空母线或送电线路突然合闸采用包括PT在内的空母线或送电线路突然合闸为激发条件时，此系统的PT谐振情况如表5所示。

合空载母线时，只有母线及主变压器的对地电容，容抗比较大，所以产生基频谐振。其谐振过电压为75.6kV，即2.29pu，对绝缘没有威胁。基频谐振过电压比1/2分频谐振的高，但过电流比分频谐振的低。

表5

小桥变35kV系统突然合闸时PT谐振情况

谐振

最高相电压（kV）75.631.066.931.8

最大PT电流（mA）256.9/28.3108.2/14.5401.9/39.8109.5/14.6

中性点电压（kV）54.71.4943.21.44

合闸线路

合空母线合L11线合L12线合L13线

基频无1/2次无

比较表4和表5可知，瞬时接地激发条件下产生1/2次分频谐振，但在突然合闸时L11单线运行时，则没有谐振产生，说明瞬时接地较易激发PT谐振。且激发条件不同，过电压及过电流也不同，过电压高时，过电流也大。综合分析可知，各种运行方式，只需计算XCO/XLe比值，查找相应的谐振区域曲线，就可

知道是否产生PT谐振。小桥变35kV系统中，由于3条出线都较短，当它们单线运行时，都会引起PT谐振，应采取必要的措施加以限制。

3抑制措施

抑制电磁式PT引发的铁磁谐振过电压的方法很多。如选用励磁特性好的PT、中性点接电阻、中性点接地、用消谐器和消弧线圈等措施。但小桥35kV系统已投运，更换PT显然不经济。电阻和PT上会出现高电位，因而只在PT中性点为全绝缘时才3.1中性点接电阻当PT单相接地时，适用。小桥变35kV配网使用的JDJJ-35、前者为中性点全绝缘，所以可采用此法JDX6-35两种PT中，

［3］

。抑制PT谐振

消振容、，闭D使进