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摘要：电网运行中，由于变压器、电压互感器等带电感性质的设备与电网运行的电容容易形成并联谐振或串联谐振回路，发生谐振，使正常运行的电网电压发生变化，对地电压升高，最高时达Ue的2倍以上，设备承受较高的电压，对电网的运行造成较大的影响，甚至破坏电网的稳定运行或损坏设备。根据多年运行工作实践，特别是有代表性的110kV金山站10kV母线谐振频发现象，造成电压互感器高压保险熔断及电压互感器损坏，主要分析了谐振的危害、产生原因，并对各种消除谐振的措施进行了论证，提出了切实可行的解决办法。
关键词：小电流接地系统；电压互感器；分频谐振
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）26-0117-03
110kV金山站是国网达州供电公司的一个负荷较重的变电站，2008年底投运以来，金山站10kV母线谐振较为频繁，致使电压互感器高、低压保险熔断多次，使正常运行的电网电压发生变化，对地电压升高，最高时达Ue的2倍以上，设备承受较高的电压，受到较多的冲击，增加了配网设备故障机率。根据我国长期实验研究和实测结果表明，基波、高次谐波谐振过电压很少超过3Uxg（系统最大相电压），除非存在弱绝缘设备，一般是没有危害的。但对分频谐振来说，由于受到PT铁芯严重饱和的限制，过电压一般不超过2Uxg，但是励磁电流急剧增加，可达到额定励磁电流的几十倍以上，引起高压保险丝的熔断，或者造成PT烧毁。下面就110kV金山站10kV母线谐振现象来分析产生谐振的原因，并根据自己的多年运行经验、见解提出了一些消除谐振的办法。
一、谐振现象
110kV金山变电站10kV 1、2段正常方式下联络运行、3段母线正常方式下分段运行。
现象一： 2009年12月21日20：12时10kV1号母线谐振，A、B、C三相电压均在0.3～10.6kV左右低频摆动，3U0值在100V～107V间波动。20：17时，953开关电流II、III段动作（重合闸未投），开关跳闸。20：28时，960出线1号柱上开关跳闸。20：55时，拉开954开关，谐振现象消失。经巡视发现，953路A相4号杆瓷瓶击穿，其余设备无异常，当时天气：晴天。
现象二：2010年8月5日19：05、19：13、19：21时金山站10kV1号母线连续3次发生谐振，A、B、C三相电压均在0.3～10.6kV左右低频摆动，3U0值在100V～107V间波动。调度令拉开分段912开关后，谐振消失。此次谐振使10kV1段母线电压互感器二次保险熔断。当时天气：雷雨。
现象三：2011年7月5日19：05、19：13、19：21时金山站10kV2号母线连续3次发生谐振，A、B、C三相电压均在0.3～10.6kV左右低频摆动，3U0值在100V～107V间波动。调度令拉开分段912开关后，谐振消失。该次谐振使10kV2段母线电压互感器二次保险熔断、PT损坏（如图1）。当时天气：雷雨。
二、谐振原因分析
铁磁谐振指由铁芯线圈和电容组成的回路中，当电源的电压或电流发生变化时，电路中的电流、电压发生突变或不正常增大的现象。电力系统内一般的回路中出现ωL=1/ωC的情况时，这个回路就会出现谐振，感抗一般是由带铁芯的绕组产生的，铁芯饱和时感抗会变小，在中性点不接地系统或小电流接地系统中极易发生并联铁磁谐振。并联铁磁谐振又称电流铁磁谐振，是指中性点不接地系统或小电流接地系统中，由于中性点地刀是拉开的，产生中性点位移电压，的大小与铁磁谐振回路三相对地阻抗—TV非线性电感L、系统对地电容CE是否平衡有关，可按节点电压法求得：
式中、、为电源电压的工频分量；YA、YB、YC为相对地导纳；Y0为中性点对地导纳。
母线系统的对地电容3CE与母线电磁电压互感器TV（一次中性点接地）的非线性电感L组成谐振回路，如图2、图3所示。
1.并联谐振产生原理
（1）系统在稳定工作状态下。电压互感器工作于励磁特性曲线的线性部分，即“L-C”并联电路的工作点a点，电感L三相相等，故每相对地总阻抗相等，对地导纳YA=YB=YC，又因，YN=0，故，三相对地电压相等。由于1/ωCE<ωL，三相并联支路均呈容性。
（2）系统在外部条件激发下。电压瞬间升高，出现很大的励磁涌流，使电压互感器一次电流增大几十倍，引起互感器铁芯饱和，其电感急剧减小。但暂态过程中TV三相绕组因承受电压不同，铁芯饱和程度可能不同（电压高的铁芯愈饱和，电感L变小），于是三相电感也不相等，将可能引起一系列的异常情况：假定某相TV承受电压高，铁芯饱合，L下降变小，并联回路的工作点由a点上升到b点跳跃至c点，于是该相对地导纳呈感性，另两相TV电压低，呈容性，每相对地总阻抗不相等，也即YA≠YB≠YC，，且三相对地阻抗不平衡程度愈大，愈高，此时可能出现两相对地电压升高，一相对地电压下降，或者一相对地电压升高，两相对地电压降低。如果三相对地导纳相互补偿，YA+YB+YC=0，将出现最严重的位移电压，并使系统三相对地电压一齐升高。
如果为分次谐波或高次谐波，相对地电压将由工频分量（电源相电压）及非工频分量叠加而成，其值- ，三相对地电压也将一齐升高。
通过以上简单分析可以看出：在外界条件激发下，当TV的非线性电感L变化范围足够大，并联铁磁谐振就可能发生。换句话说，并联铁磁谐振是位移电压引起的谐振。
发生谐振时，电压互感器一次励磁电流急剧增大，使高压熔丝熔断。如果电流未达到熔丝的熔断值，但超过了电压互感器额定电流，长时间处于过电流状况下运行，必然造成电压互感器烧毁。
2.并联铁磁谐振分类及现象
表1 并联铁磁谐振分类及现象
类型 特点 3Uo及现象 基频谐振 一相对地电压降低、两相对地电压升高且超过线电压，或两相电压降低、一相电压升高超过线电压 >100V， 中性点移到三角形外
分频谐振 三相对地电压依相序次轮流升高，并在1.2～1.4Up内低频摆动，约每秒一次 >100V或<100V，中性点在三角形内
高频谐振 三相对地电压一起升高，远超过线电压 >100V，中性点移到三角形外
3.根据互感器励磁特性算出系统中PT感抗
三、消除谐振的措施
为了限制和消除分频铁磁谐振过电压，三元件方式通常采用二次消谐和一次消谐这两种消谐方式。前者通过在电压互感器二次开口三角绕组上加装消谐器（阻尼电阻）的方式来实现消谐，后者通过在电压互感器一次星形点与接地之间串接阻尼电阻的方式来实现。
下面根据实际情况提出一些消谐措施。
选择励磁特性较好的PT或电容式PT。这种方法的优点是：引进新设备，改变了系统参数，从根本上消除了谐振条件；不浪费原有的PT，可用在别的不谐振区。
在电磁式PT开口三角绕组加装阻尼电阻（6～10kV接入220V、200的灯泡），此方法容易实现，但钨丝发热时阻值变大，使其分频谐振失去消谐作用。
投入消弧线圈，改变接地参数，破坏谐振条件。自动调谐原理的接地补偿装置，在系统中性点位移时，补偿电感电流，打破谐振条件。并能利用微机控制器实现自动跟踪和总动调谐，能够准确地计算、判断、发出指令自动进行调整。
在PT一次绕组中性点或开口三角绕组装设消谐器。此种方法简单，投资少，我局多数110kV变电站均安装，但作用是否到位，还得在实践中检验。
四、结论
金山站10kV母线谐振原因为母线PT励磁特性差，当受到外部激发（雷电冲击、一相断线、单相接地等）时，使铁芯饱和，引起电流、电压波形畸变，产生谐振，引起分频谐振过电压。
现在我局已将母线PT更换为电容式，并更换一台站用变为接地变，之后仅在2013年接地变故障停用期间10kV母线出现一次谐振，谐振现象明显减少。
参考文献：
[1]廖小君，杨先义.现场运行人员继电保护实用技术[M].北京：中国电力出版社，2011.
[2]张全元.变电运行现场技术问答[M].第三版.北京：中国电力出版社，2013.
[3]钱振华，电气设备倒闸操作技术[M].第四版.北京：中国电力出版社，2009.
[4]国家电网公司.国家电网公司电力安全工作规程（变电部分）[M].北京：中国电力出版社，2009.
[5]张希泰，陈康龙.二次回路识图及故障查找与处理指南[M].北京：中国水利水电出版社，2007.
（责任编辑：王祝萍）
关键词：小电流接地系统；电压互感器；分频谐振
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）26-0117-03
110kV金山站是国网达州供电公司的一个负荷较重的变电站，2008年底投运以来，金山站10kV母线谐振较为频繁，致使电压互感器高、低压保险熔断多次，使正常运行的电网电压发生变化，对地电压升高，最高时达Ue的2倍以上，设备承受较高的电压，受到较多的冲击，增加了配网设备故障机率。根据我国长期实验研究和实测结果表明，基波、高次谐波谐振过电压很少超过3Uxg（系统最大相电压），除非存在弱绝缘设备，一般是没有危害的。但对分频谐振来说，由于受到PT铁芯严重饱和的限制，过电压一般不超过2Uxg，但是励磁电流急剧增加，可达到额定励磁电流的几十倍以上，引起高压保险丝的熔断，或者造成PT烧毁。下面就110kV金山站10kV母线谐振现象来分析产生谐振的原因，并根据自己的多年运行经验、见解提出了一些消除谐振的办法。
一、谐振现象
110kV金山变电站10kV 1、2段正常方式下联络运行、3段母线正常方式下分段运行。
现象一： 2009年12月21日20：12时10kV1号母线谐振，A、B、C三相电压均在0.3～10.6kV左右低频摆动，3U0值在100V～107V间波动。20：17时，953开关电流II、III段动作（重合闸未投），开关跳闸。20：28时，960出线1号柱上开关跳闸。20：55时，拉开954开关，谐振现象消失。经巡视发现，953路A相4号杆瓷瓶击穿，其余设备无异常，当时天气：晴天。
现象二：2010年8月5日19：05、19：13、19：21时金山站10kV1号母线连续3次发生谐振，A、B、C三相电压均在0.3～10.6kV左右低频摆动，3U0值在100V～107V间波动。调度令拉开分段912开关后，谐振消失。此次谐振使10kV1段母线电压互感器二次保险熔断。当时天气：雷雨。
现象三：2011年7月5日19：05、19：13、19：21时金山站10kV2号母线连续3次发生谐振，A、B、C三相电压均在0.3～10.6kV左右低频摆动，3U0值在100V～107V间波动。调度令拉开分段912开关后，谐振消失。该次谐振使10kV2段母线电压互感器二次保险熔断、PT损坏（如图1）。当时天气：雷雨。
二、谐振原因分析
铁磁谐振指由铁芯线圈和电容组成的回路中，当电源的电压或电流发生变化时，电路中的电流、电压发生突变或不正常增大的现象。电力系统内一般的回路中出现ωL=1/ωC的情况时，这个回路就会出现谐振，感抗一般是由带铁芯的绕组产生的，铁芯饱和时感抗会变小，在中性点不接地系统或小电流接地系统中极易发生并联铁磁谐振。并联铁磁谐振又称电流铁磁谐振，是指中性点不接地系统或小电流接地系统中，由于中性点地刀是拉开的，产生中性点位移电压，的大小与铁磁谐振回路三相对地阻抗—TV非线性电感L、系统对地电容CE是否平衡有关，可按节点电压法求得：
式中、、为电源电压的工频分量；YA、YB、YC为相对地导纳；Y0为中性点对地导纳。
母线系统的对地电容3CE与母线电磁电压互感器TV（一次中性点接地）的非线性电感L组成谐振回路，如图2、图3所示。
1.并联谐振产生原理
（1）系统在稳定工作状态下。电压互感器工作于励磁特性曲线的线性部分，即“L-C”并联电路的工作点a点，电感L三相相等，故每相对地总阻抗相等，对地导纳YA=YB=YC，又因，YN=0，故，三相对地电压相等。由于1/ωCE<ωL，三相并联支路均呈容性。
（2）系统在外部条件激发下。电压瞬间升高，出现很大的励磁涌流，使电压互感器一次电流增大几十倍，引起互感器铁芯饱和，其电感急剧减小。但暂态过程中TV三相绕组因承受电压不同，铁芯饱和程度可能不同（电压高的铁芯愈饱和，电感L变小），于是三相电感也不相等，将可能引起一系列的异常情况：假定某相TV承受电压高，铁芯饱合，L下降变小，并联回路的工作点由a点上升到b点跳跃至c点，于是该相对地导纳呈感性，另两相TV电压低，呈容性，每相对地总阻抗不相等，也即YA≠YB≠YC，，且三相对地阻抗不平衡程度愈大，愈高，此时可能出现两相对地电压升高，一相对地电压下降，或者一相对地电压升高，两相对地电压降低。如果三相对地导纳相互补偿，YA+YB+YC=0，将出现最严重的位移电压，并使系统三相对地电压一齐升高。
如果为分次谐波或高次谐波，相对地电压将由工频分量（电源相电压）及非工频分量叠加而成，其值- ，三相对地电压也将一齐升高。
通过以上简单分析可以看出：在外界条件激发下，当TV的非线性电感L变化范围足够大，并联铁磁谐振就可能发生。换句话说，并联铁磁谐振是位移电压引起的谐振。
发生谐振时，电压互感器一次励磁电流急剧增大，使高压熔丝熔断。如果电流未达到熔丝的熔断值，但超过了电压互感器额定电流，长时间处于过电流状况下运行，必然造成电压互感器烧毁。
2.并联铁磁谐振分类及现象
表1 并联铁磁谐振分类及现象
类型 特点 3Uo及现象 基频谐振 一相对地电压降低、两相对地电压升高且超过线电压，或两相电压降低、一相电压升高超过线电压 >100V， 中性点移到三角形外
分频谐振 三相对地电压依相序次轮流升高，并在1.2～1.4Up内低频摆动，约每秒一次 >100V或<100V，中性点在三角形内
高频谐振 三相对地电压一起升高，远超过线电压 >100V，中性点移到三角形外
3.根据互感器励磁特性算出系统中PT感抗
三、消除谐振的措施
为了限制和消除分频铁磁谐振过电压，三元件方式通常采用二次消谐和一次消谐这两种消谐方式。前者通过在电压互感器二次开口三角绕组上加装消谐器（阻尼电阻）的方式来实现消谐，后者通过在电压互感器一次星形点与接地之间串接阻尼电阻的方式来实现。
下面根据实际情况提出一些消谐措施。
选择励磁特性较好的PT或电容式PT。这种方法的优点是：引进新设备，改变了系统参数，从根本上消除了谐振条件；不浪费原有的PT，可用在别的不谐振区。
在电磁式PT开口三角绕组加装阻尼电阻（6～10kV接入220V、200的灯泡），此方法容易实现，但钨丝发热时阻值变大，使其分频谐振失去消谐作用。
投入消弧线圈，改变接地参数，破坏谐振条件。自动调谐原理的接地补偿装置，在系统中性点位移时，补偿电感电流，打破谐振条件。并能利用微机控制器实现自动跟踪和总动调谐，能够准确地计算、判断、发出指令自动进行调整。
在PT一次绕组中性点或开口三角绕组装设消谐器。此种方法简单，投资少，我局多数110kV变电站均安装，但作用是否到位，还得在实践中检验。
四、结论
金山站10kV母线谐振原因为母线PT励磁特性差，当受到外部激发（雷电冲击、一相断线、单相接地等）时，使铁芯饱和，引起电流、电压波形畸变，产生谐振，引起分频谐振过电压。
现在我局已将母线PT更换为电容式，并更换一台站用变为接地变，之后仅在2013年接地变故障停用期间10kV母线出现一次谐振，谐振现象明显减少。
参考文献：
[1]廖小君，杨先义.现场运行人员继电保护实用技术[M].北京：中国电力出版社，2011.
[2]张全元.变电运行现场技术问答[M].第三版.北京：中国电力出版社，2013.
[3]钱振华，电气设备倒闸操作技术[M].第四版.北京：中国电力出版社，2009.
[4]国家电网公司.国家电网公司电力安全工作规程（变电部分）[M].北京：中国电力出版社，2009.
[5]张希泰，陈康龙.二次回路识图及故障查找与处理指南[M].北京：中国水利水电出版社，2007.
（责任编辑：王祝萍）