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【摘要】本文针对现实运行中所出现的一起由电压互感器谐振引起的事故进行详细科学分析，找出了造成电压互感器谐振过电压的原因，从而提出解决该类事故的防治措施，并从根本上防止再发生类似的谐振事故，确保电网的安全稳定运行。
【关键词】电压互感器，铁磁谐振，原因分析
电力系统中的铁磁谐振过电压现象是一种比较常见的内部过电压现象，在3～60kV中性点绝缘的电网中时有发生。这种过电压持续时间长，甚至能较长时间自保持，因而对电力系统的安全运行构成极大威胁。从目前的统计上来说，它是导致电压互感器毁坏的主要原因之一，同时也是系统中某些重大事故的诱发原因之一。为了保证电网的安全稳定运行，有必要对这种铁磁谐振进行详细分析，从而找到产生谐振的根源，提出行之有效的解决方法，从而确保电网的稳定优质运行。
在中性点不接地系统中，为了监视三相对地电压，变电站母线上常接有Y0接线的电磁式电压互感器。于是网络对地参数除了电力设备和导线的对地电容C0之外，还有电压互感器的励磁电感Lo正常运行时，电压互感器的励磁阻抗是很大的，所以网络对地阻抗仍呈容性，三相基本平衡，电网中性点“O”的位移电压很小。但系统中出现某些扰动，使电压互感器三相电感饱和程度不同时，会出现互感器一相或二相电压升高，极端情况下也可能三相电压同时升高，与此同时，电源变压器绕组电势Ea、Eb和Ec则维持不变，它们是由发电机正序电势所决定的[1]。因而，整个电网对地电压的变动表现为电源中性点“O”有较高的位移电压，可能导致产生谐振过电压。
既然过电压是由零序电压（即中性点位移电压）引起的，那么网络零序参数的不同，外界导致谐振的条件不同，导致这种谐振过电压既可以是基波谐振过电压，也可以是高次谐波或分次谐波过电压。所以我们只有分析各种谐振产生原因，才能制定对应的解决方法：
（a）基波谐振过电压的产生过程
对于图1的等值接线[2]，可以得到中性点的位移电压U0为:
正常运行时，y1＝y2＝y3＝y，所以：
各相对地导纳呈容性（电压互感器励磁电感和C0并联值），也即流过C0电容电流大于流过L1的电感电流。
由于扰动的结果使电压互感器上某些相的对地电压瞬时升高，假定B相和C相的对地电压瞬时升高。由于电感的饱和使L2和L3减少，使流过L2和L3的电感电流增大，这样就有可能使得B相和C相的对地导纳变成感性，即y2、y3为感性导纳。而y1为容性导纳，容性导纳和感性导纳的抵消作用使y1+y2+y3显著减少，导纳中性点位移电压大大增加。如果参数配合不当使y1+y2+y3＝0，则发生串联谐振，使中性点位移电压急剧上升。中性点位移电压升高后,三相导线的对地电压等于各相电源电势和中性点位移电压的向量和。向量迭加的结果使得B相和C相的对地电压升高，而A相的对地电压降低。
从图2的电压矢量图不难看出，该种情况确有两相电压升高，一相电压降低。
（b）实例事故分析
例如某变电站就曾经发生过一起因10kV线路间隙性弧光接地，导致其10kV电压互感器烧毁的事故。该变电站10kV系统主接线图如图3所示，当时10kV开发区线A相开始出现间隙性弧光接地，后经零序过流动作跳闸。检查10kV高压室时见到10kV52PT有浓烟冒出，后经倒闸操作将10kV52PT退出运行。经检查发现10kV52PT高压熔断器的三相熔断，电压互感器B、C相烧毁，部分二次线烧焦，10kV52PT柜内部熏成黑色。
这起事故是由于10kV开发区线电缆头着火，使线路发生间隙性单相弧光接地。使健全相上的电压突然升高到线电压，而故障相在接地消失时又可能有电压的突然上升，这种暂态过程中会有很大的涌流；或者电压互感器高压绕组侧发生单相接地，低压侧有传递过电压时，这两种情况下都会使电压互感器产生严重饱和，导致谐振事故的发生。
三、消除铁磁谐振的措施
通过对铁磁谐振产生原因和事故实例的分析，从中可以得出产生铁磁谐振一般应具备下列四个条件:1、铁磁式电压互感器的非线性效应是产生铁磁谐振的主要原因。2、要有激发条件，如电压互感器的突然投入、单相接地突然消失、外界对系统的干扰或系统操作产生的过电压等。3、系统参数匹配在谐振范围，经验值电压互感器的感抗为容抗的100倍以内。4、维持谐振振荡和抵偿回路电阻损耗能量的供给。
从这四个方面着手，就不难找出限制和消除这种谐振过电压的措施：（1）选用励磁特性较好的电压互感器或改用电容式电压互感器。（2）在电压互感器的开口三角绕组中加阻尼。该方法已广泛采用，生产定型产品的厂家比较多，在实际运用中都取得了满意的效果。如某仪器厂生产的WNXⅢ/B型微电脑多功能消谐装置，该装置的核心部件为单片机和具有开关特性的晶闸管，由电压互感器A、B相供电，在电压互感器的开口三角绕组两端正反并联两只晶闸管。正常运行期间及在各种非铁磁谐振过电压作用下，晶闸管截止，装置呈高阻状态，约数百千欧；装置一旦判断电网发生铁磁谐振，使两只晶闸管交替过零触发导通，装置呈低阻状态，约数十微欧，向电网施加强有力的持续阻尼，使铁磁谐振过电压波迅速消除。（3）在电压互感器一次的中性点加装阻尼电阻。如某电瓷厂生产的RXQ系列消谐器，该消谐器串接于互感器一次绕组中性点与地之间，内部材料为大容量的炭化硅电阻片及散热片等串联组装而成。其工作原理为：在低压下消谐器呈高电阻值（可达几百千欧）使谐振在起始阶段不易发展，单相接地时，消谐器上出现千余伏电压，它的非线性电阻下降，使其不影响接地保护的工作。
根据资料显示，基波和高次谐波谐振过电压可达额定电压的3倍，工频谐振电流为额定电流的40～60倍；分次谐波谐振过电压一般不超过额定电压的2倍，但谐振电流达额定电流的240倍以上。在它们的作用下，将造成电压互感器喷油、冒烟、高压保险丝熔断等异常现象和引起接地指示误动作，甚至导致互感器本身烧毁，造成事故，因此应尽量避免互感器发生谐振的情况发生。
[1]周泽存主编，高电压技术[M].北京：水利电力出版社，1994.06；
[2]周长源主编，电路理论基础[M].河北：高等教育出版社，1994.03。
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本文重点说明铁磁谐振原理和怎样利用电压互感器本身特点控制铁磁谐振。
由非线性电感（铁心线圈）和线性电容组成的回路，当外施电压发生变化时，由于电感的变化而产生的谐振，这种现象成为铁磁谐振。
传统的电压互感器容易与电网发生铁磁谐振，铁磁谐振产生的过电流和过电压会损坏电磁单元零部件，影响产品性能，怎样才能简单可靠有效地消除铁磁谐振是电网目前面临解决的难题，设计一种本身呈容性的电磁式电压互感器势在必行。
电力系统发生铁磁谐振情况
a）电压互感器铁芯励磁特性为非线性，与电网的分布或杂散电容在一定条件下可形成铁磁谐振。通常电压互感器的感抗大于电网的容抗。当电网正常操作或某种暂态过程会使铁芯饱和，此过程电压互感器的感抗降低，当与电网的容抗相等时，将出现铁磁谐振。
b）谐振的谐振频率：谐振频率由电网电容值而定，可为工频和较高或较低的谐波。铁磁谐振产生的过电流和或高电压都会造成PT的损坏，特别是低频谐振时，电压互感器的励磁阻抗大为降低而导致铁芯深度饱和。更易引发铁磁谐振。
c）发生铁磁谐振情况：电网本身存在电容(线路对地的分布电容)，输变电设备---断路器的断口有并联电容，变压器和电压互感器本身是一个感性元件。在电力系统正常运行时，需要断路器正常动作，当切合线路(尤其是切合空载母线)时，会出现操作过电压，在此过电压下，电压互感器工作点移动，使PT的铁芯趋于饱和，电感变化，当电网的感抗
与电网容抗恰好相匹配时，发生电磁谐振，产生过电压烧毁PT。
a）并联谐振又称电流谐振，电路图如下：
b）串联谐振又称电压谐振，电路图如下：
3 电网中消除铁磁谐振方法
a）加装避雷器来限制过电压；
b）在电压互感器一次、二次侧加装熔断器；
c）在电压互感器中性点加装消谐器(电子型、电感型、电容型等，在使用中都有出现过误动作的情况)。
d）用CVT（但CVT存在有低频谐振、误差受温度及频率影响的缺点）。
电压互感器本身呈容性设计要点
电磁式电压互感器设计能使产品本身是容性负载，消除了与系统发生电磁谐振的可能性，依靠以下设计特点来实现。
1 合理选择铁心的磁密。
2 选择合理的铁心结构和叠片方式。
3 绕组的特殊设计—增加绕组的杂散电容和寄生电容
a）层间绝缘材料的选择—选择介电常数大的材料；
b）合理选择绕组的径向和轴向尺寸比例；
c）一次绕组采用阶梯式排列。
可见：电网过电压在(1.0～3.62)倍额定电压内，电压互感器铁芯工作在线性段。电压互感器的感抗基本不变，因而不会出现与电网的容抗相等的可能性，从根本上切断了铁磁谐振的条件。
当电压＜2UH时，电压互感器的负载性质呈容性。
3 与电网的模拟谐振试验
电网中以切合空载短母线(10M)和开关的并联电容时，电网电容为最大，作为模拟谐振试验的参数。与电压互感器作实际的模拟谐振试验。
试验结果证明：在开关切合多次时，会出现操作过电压，电网不会与呈容性的电压互感器引发铁磁谐振，电流和电压波形无畸变
要彻底解决谐振过电压，最根本的方法是电压互感器本身呈容性，切除了发生谐振的必要条件。这样，能充分发挥电压互感器的优点（误差性能稳定；无铁磁谐振的可能性；绝缘性能稳定；在现场检验方便；运行安全可靠；维护方便等）。
（摘编自《电气技术》，原文标题为“利用电磁式电压互感器本身特性控制铁磁谐振”，作者为刘秀凤。）
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更多“为了防止和消除中性点绝缘系统中的电压互感器的谐振过电压，可采取哪些措施？”相关的问题
常见的发生铁磁谐振过电压的情况有( )。
A．各相不对称断开时的过电压
B．配在中性点绝缘系统中，电磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压
C．开关断口电容与母线PT之间的串联谐振过电压
由母线电容或变压器绕组电容与电磁式电压互感器引起谐振过电压的系统是（）。
B. 中性点经消弧线圈接地系统
C. 中性点直接接地系统（在不失地情况下）
电力系统中内部过电压的种类不少，其产生的基本原因是电弧引起和谐振造成的。符合谐振引起的过电压的有（）
A. 中性点绝缘系统中，单相间隙接地引起
B. 中性点绝缘系统中，电磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压
C. 由空载变压器和空载线路，引起的高次谐波铁磁谐振过电压
D. 不对称开、断负载，引起基波谐振过电压
电力系统中内部过电压的种类不少，其产生的基本原因是电弧引起和谐振造成的。符合谐振引起的过电压的有：（）
A. 性点绝缘系统中，单相间隙接地引起
B. 中性点绝缘系统中，电磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压
C. 由空载变压器和空载线路，引起的高次谐波铁磁谐振过电压
D. 不对称开、断负载，引起基波谐振过电压
为防止中性点非直接接地系统发生由于电磁式电压互感器饱和产生的铁磁谐振过电压，可采取以下措施（）
A．选用励磁特性饱和点较高的，在1.9Um/√3电压下，铁心磁通不饱和的电压互感器
B．在电压互感器（包括系统中的用户站）一次绕组中性点对地间串接线性或非线性消谐电阻
C．在电压互感器（包括系统中的用户站）一次绕组中性点对地间加零序电压互感器
D．在电压互感器（包括系统中的用户站）开口三角绕组加阻尼或其他专门消除此类谐振的装置
A．选用励磁特性饱和点较高的电压互感器
B．减少同一系统中互感器接地点的数量
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