电网磁铁谐振分析
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摘要：分析了电力系统非有效接地、有效接地中磁铁谐振产生的原因、类型及相应现象。归纳了限制电网磁铁谐振和快速消除磁铁谐振的实用方法。为及时准确判断消除电网磁铁谐振提供了参考。
关键词：电网 磁铁 谐振
一、引言
电力系统存在着许多带有铁芯的电感元件，如电力变压器、互感器等，它们与补偿用的并或串联电容器、线路各导线对地和导线间等电容元件组成了复杂的 LC 震荡回路，在一定的能源作用下，特定参数配合的回路就会出现铁磁谐振现象，产生过电压，铁芯磁密迅速饱和，激磁电流迅速增大，使铁芯的绕组严重过热而损坏，甚至引起设备爆炸、母线故障造成大面积停电。因此当系统发生铁芯谐振时，快速消除谐振是保证电气设备安全运行的关键。
二、电力系统磁铁谐振产生原因及现象分析
电力系统是一个由很多电阻、电容、电感元件组成的复杂网络。当系统正常运行时，电路运行在感性工作状态，感抗大于容抗，电路不具备谐振条件。但是，当线路在断线、接地或其他故障的激发下，带有铁芯的线圈两端电压异常升高，线圈中产生涌流，由于铁芯电感的磁通和电流之间的非线性关系，导致铁芯电感值随之减小，当ωL＝ 的条件满足时，即达到了谐振条件，发生铁磁谐振。
1.中性点非有效接地系统中的铁磁谐振
在中性点非有效接地系统中，如果不考虑线路的有功损耗和相间电容，仅考虑电压互感器电感L与线路的对地电容C0,当Co 大到一定值，且电压互感器不饱和时，感抗 XL大于容抗 XC0。而当电压互感器上电压上升到一定数值时，电压互感器的铁芯饱和，感抗 XL小于容抗 XC0，这样就构成了并联谐振条件。在电压互感器的突然投入、线路发生单相接地、系统运行方式的突然改变或电气设备的投切、系统负荷发生较大的波动时极易产生基波、高次、分次并联磁铁谐振。
2.中性点有效接地系统中的铁磁谐振
在中性点直接接地系统中，存在着开关断口均压电容C和电感元件PT的L。在进行合刀闸和断路器分闸操作时，由于电路内受到足够强烈的冲击扰动，使得电感L 两端出现短时间的电压升高、大电流的震荡过程或铁心电感的涌流现象。这时候很容易和断路器的均压电容C一起形成串联铁磁谐振。
3.铁磁谐振现象分析
发生谐振时，相间电压不变，电压互感三角会出现谐振频率电压，中央信号会报“系统单相接地”信号，若不仔细分析其电压变化，会误认为是系统单相接地故障，延误消谐时间，损坏设备，扩大事故范围。因此系统产生铁磁谐振时，及时准确判断铁磁谐振的现象对确保系统安全可靠运行至关重要，为此将铁磁谐振的现象归纳如下：
① 基波谐振：过电压小于等于3倍相电压，一相电压下降（不为0），两相电压升高大于相电压；或两相电压下降（不为0），一相电压升高；中性点位移到电压三角形外；有接地信号。
② 高次谐波谐振：过电压小于等于4倍相电压三相对地电压一起升高，远大于相电压；中性点位移到电压三角形外；有接地信号。
③ 分次谐波谐振：过电压小于等于3倍相电压；三相对地电压依相序轮流升高，并在1.2至1.4倍相电压作低频摆动，约每秒一次；中性点位移在电压三角形内；有接地信号。
④ 串联铁磁谐振：基波及（1/3）f谐振，三相相电压或对地电压同时超额定值；有接地信号。
三、限制消除铁磁谐振的方法
电网铁磁谐振产生的根本原因是电力系统中大量电感、电容元件在一定条件激发下，使参数匹配，构成谐振回路，产生谐振。因此限制消除铁磁谐振应从两方面着手，即改变电感电容参数和避免促成激发条件。
1.限制铁磁谐振的方法
① 电磁式电压互感器更换为电容式电压互感器
② 采用消谐装置接地
a.PT中性点经消谐器和小电阻接地
b.PT开口三角绕组接电阻或分频消谐装置
c.采用抗谐振型PT或在PT中性点串单相PT
③ 运行操作注意事项
a.给母线充电时采用线路及母线一并充电的方式
b.给母线充电前先切除PT充电后再投入PT，停母线时先切除PT再拉开开关
c.操作中注意监视母线电压，如电压过高则立即改变运行方式
2.消除谐振的方法
① 准确判断事故象征。
② 将PT刀闸或断路器前、后刀闸的任意一把迅速断开。
③ PT谐振消除后(特别是长时间谐振后)，应认真全面地检查PT，防止PT带病投入运行；检查项目包括：外观检查是否渗漏油、测试线圈直流电阻、取油做色谱试验等。
④有运行电容器时，切除运行电容器；没有运行电容器时，投入一组电容器。
⑤以上措施无法消谐时，切除该母线所有电容器，切除部分馈线，最好是先切长线路。
⑥若所有线路全部切除后仍无法消谐，将母线停电。
四、总结
本文在谐振电路原理的基础上，仔细分析了电力系统非有效接地、有效接地中磁铁谐振产生的原因、类型及相应现象。全面归纳了限制电网磁铁谐振和快速消除磁铁谐振的实用方法。为电力系统运行人员及时准确判断电网磁铁谐振提供了参考，有利于避免磁铁谐振引发损坏电力设备和扩大电网停电事故。
参考文献：
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