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摘要：近年来，随着经济的发展和科学技术的不断进步，电磁式电压互感器目前被广泛应用于35kV以及以下电压等级中性点不接地配电网中，其将一次侧高电压转换为低电压供保护系统、计量系統以及相关测控装置使用。当系统中发生单相接地故障时，能够允许最长带接地运行2小时，有可能使得电压互感器铁芯饱和，从而满足铁磁谐振条件而产生过电压，轻则导致高压限流熔断器故障，重则造成互感器绝缘损坏或过热损毁。
关键词：电磁式电压互感器;铁磁谐振;过电压;治理措施
引言
在铁路10kV的电力系统中，大多数采用中性点不接地的方式。为了监测铁路电力系统的运行状态，设置了大量的电磁式电压互感器。因外界的扰动（例如线路的接地，倒闸操作等）导致互感器产生铁磁谐振，激发出持续的过电压和过电流，这种内部过电压，轻则造成电压互感器一次侧熔断器烧毁，重则烧毁电压互感器或炸毁绝缘子，严重威胁电力系统的安全运行。
1电压互感器铁磁谐振产生机理及激发因素
1.1铁磁谐振产生机理
在中性点不接地的系统中，出于保护的需要，电压互感器的中性点是直接接地的。正常运行情况下三相阻抗对称，系统中性点位移基本接近于零，电压互感器的励磁感抗很大，励磁电流很小。此时励磁感抗大于线路对地电容的容抗。当出现一个激发条件，电压互感器的三相铁芯出现不同程度的饱和，使得互感器励磁电感L变小，励磁阻抗发生变化，中性点发生位移。当参数配合恰当，就会产生铁磁谐振。
1.2铁磁谐振激发因素
铁磁谐振激发因素包括：①单相接地;②线路断线;③线路非同期合闸操作;④电力系统瞬间过电压;⑤电磁式电压互感器突然投入运行。
1.3铁磁谐振分类
电磁式电压互感器发生铁磁谐振一般可表现为两种形式：一种情况下由于系统发生断线、间歇性弧光接地故障时，因铁芯饱和导致的铁磁谐振及过电压;另一种情况下当变压器空载合闸对母线充电时，电磁式电压互感器的一次侧绕组同母线对地电容之间形成振荡谐振条件，从而导致过电压。 不接地系统正常运行，线路对地电容与电磁式电压互感器一次绕组之间感抗形成并联回路，由于等效感抗一般均较大，电网对地阻抗主要表现为线路对地电容的容抗，此时三相较为平衡，谐振条件不成立。当出现空载合闸或者间歇性弧光接地故障时，由于互感器三相绕组之间不同饱和度，中性点会出现较大偏移电压，满足谐振条件时，将会引起谐振过电压。 根据铁磁谐振发生频率不同，可分为基波谐振以及谐波谐振。其中基波谐振也称为工频谐振，谐波谐振又可分为分频谐振与高频谐振，分频谐振主要是1/2、1/3、1/5次谐波引发，高频谐振主要为2、3、5次谐波引发。系统发生工频谐振时，中性点出现偏移电压，且该偏移电压为工频电压，此时系统电压出现一相或两相电压升高并伴随一相电压降低。当发生谐波谐振时，系统中性点偏移电压为谐波电压，会出现三相电压同时升高的异常现象。
2铁磁谐振故障案例分析及处理措施
2.1故障现象和原因分析
以京沪高铁无锡东站为例，10kV配电所高压室内某日突然发出“嘭、嘭”声响，二号电源母互柜（N10）电压互感器A相冒烟，与此同时二号电源断路器柜（N8）的断路器跳闸，经查找发现是由于供电局线路单相接地造成。具体分析如下。（1）供电局线路C相接地，其馈出至无锡东站10kV配电所电源线A、B相电压上升为线电压，使得电压互感器铁芯饱和，产生铁磁谐振过电压致使电压互感器炸裂。（2）设计缺陷。该电压互感器在京沪高铁开通之前曾发生过同样的问题，后加装了20Ω 600W普通的消谐电阻没有效果;电压互感器（半绝缘）抗过载能力差，在供电系统为10kV不接地系统且线路发生单相接地故障时，对地电压数值会由相电压升高为线电压;电源进线柜未设母线零序过压保护，使其既不能报警也不能出口跳闸。
2.2处理措施
（1）将电压互感器的工作电压等级提高到12kV，并采用全绝缘。（2）一次侧加高压熔丝保护。磁饱和时电压互感器一次侧电流会剧增至原几十倍乃至上百倍，因此采取一次侧镕丝保护。（3）设置2分频的二次消谐器。考虑到电压互感器铁磁谐振的基波不是工频而是2分频，因此针对2分频配置二次消谐器。
3常用铁磁谐振消谐措施
3.1电压互感器一次侧中性点经电阻接地
中性点接入电阻接地，称之为一次消谐，电阻也称为消谐器。这个电阻可以是线性的，也可以是非线性的，中性点串入电阻后，在线路发生单相接地时，可以降低非故障相的对地电压，抑制涌流，减小电压互感器绕组的饱和度，降低铁磁谐振的可能性。消谐电阻越大，消谐效果越好。一次消谐器只能保护本互感器，对电网中其他互感器消谐不起作用。采用这种消谐方式要考虑消谐器的热容量，如果热容量选择不当，容易导致引线烧断、消谐器烧毁等故障，从而失去消谐作用。另外，单相接地故障时，消谐电阻承担了大部分的零序电压，使得开口三角形处电压降低，影响继电保护的灵敏度。再者，在中性点不直接接地的情况下，在发生单相接地时电压互感器的中性点对地电压或达到数千伏，对电压互感器的绝缘要求高，因此，不能使用半绝缘的电压互感器，应采用全绝缘的互感器。
3.2电压互感器二次侧三角形开口处装设电阻
在电压互感器二次侧的开口三角形处装设电阻，称为二次消谐。在正常情况下，开口三角形两端电压为零，电阻呈现高阻态。当发生单相接地时，开口三角形两端有电压，电阻呈低阻可以消耗谐振的能量，可以抑制铁磁谐振过电压，其电阻越小，消耗谐振能量的效果越显著。但是由于流过较大的电流，电压互感器容易过载，在谐振时间较长时，甚至会导致互感器镕丝熔断或者互感器烧损。现在普遍采用微机消谐器来进行二次消谐，微机二次消谐器的工作原理是：在开口三角形处并联2只反向晶闸管，2只晶闸管由单片机控制，正常运行或单相接地时，装置不动作。一旦判断出发生铁磁谐振，2只晶闸管交替触发导通，开口三角形处被短接，此时通过消耗能量来消除谐振，谐振消除后，晶闸管恢复阻断状态。开口三角形处短接时间较短，一般不会对互感器造成影响，但是，消谐器一旦晶闸管关断失效，开口三角形处将始终处于短路状态，如果发生单相接地时，大电流会烧毁互感器。
3.3采用消弧线圈
消弧线圈的感抗远远小于电压互感器的感抗值，在系统中性点上接入消弧线圈，相当于电压互感器并联了1个线圈，改变了系统中电感L的数量，破坏了谐振条件，并且在有了消弧线圈之后，减小了流过电压互感器的电流，防止了电压互感器事故的发生。
3.4采用励磁特性好的电压互感器
伏安特性好的电压互感器，在一般过电压下不会进入饱和区，不易构成参数匹配而引发谐振。从某种程度来说，这是一个治本的措施。
结语
综上所述，受变电站电压互感器电压突然变化的影响，极容易诱发铁磁谐振现象，开关合闸、对地电容以及铁芯特性均是铁磁谐振的影响因素。一旦产生铁磁谐振，会导致电压和电流在瞬间急速升高，对电网的安全运行形成了挑战。因此，应注重改选具有性能优势的电压互感器元件，合理设定高压侧接地方式，装设消弧线圈，促进电力系统操作规范化，从根源上防范铁磁谐振的产生。
参考文献
[1]雷红梅，施华.电工基础[M].北京：中国水利水电出版社，2016.
[2]王盛阳.配电网铁磁谐振过电压的研究[D].浙江大学，2016.
[3]郭凤仪，郑龙飞，张建飞.电磁式电压互感器铁磁谐振特征[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2015，34（06）：750-753.
关键词：电磁式电压互感器;铁磁谐振;过电压;治理措施
引言
在铁路10kV的电力系统中，大多数采用中性点不接地的方式。为了监测铁路电力系统的运行状态，设置了大量的电磁式电压互感器。因外界的扰动（例如线路的接地，倒闸操作等）导致互感器产生铁磁谐振，激发出持续的过电压和过电流，这种内部过电压，轻则造成电压互感器一次侧熔断器烧毁，重则烧毁电压互感器或炸毁绝缘子，严重威胁电力系统的安全运行。
1电压互感器铁磁谐振产生机理及激发因素
1.1铁磁谐振产生机理
在中性点不接地的系统中，出于保护的需要，电压互感器的中性点是直接接地的。正常运行情况下三相阻抗对称，系统中性点位移基本接近于零，电压互感器的励磁感抗很大，励磁电流很小。此时励磁感抗大于线路对地电容的容抗。当出现一个激发条件，电压互感器的三相铁芯出现不同程度的饱和，使得互感器励磁电感L变小，励磁阻抗发生变化，中性点发生位移。当参数配合恰当，就会产生铁磁谐振。
1.2铁磁谐振激发因素
铁磁谐振激发因素包括：①单相接地;②线路断线;③线路非同期合闸操作;④电力系统瞬间过电压;⑤电磁式电压互感器突然投入运行。
1.3铁磁谐振分类
电磁式电压互感器发生铁磁谐振一般可表现为两种形式：一种情况下由于系统发生断线、间歇性弧光接地故障时，因铁芯饱和导致的铁磁谐振及过电压;另一种情况下当变压器空载合闸对母线充电时，电磁式电压互感器的一次侧绕组同母线对地电容之间形成振荡谐振条件，从而导致过电压。 不接地系统正常运行，线路对地电容与电磁式电压互感器一次绕组之间感抗形成并联回路，由于等效感抗一般均较大，电网对地阻抗主要表现为线路对地电容的容抗，此时三相较为平衡，谐振条件不成立。当出现空载合闸或者间歇性弧光接地故障时，由于互感器三相绕组之间不同饱和度，中性点会出现较大偏移电压，满足谐振条件时，将会引起谐振过电压。 根据铁磁谐振发生频率不同，可分为基波谐振以及谐波谐振。其中基波谐振也称为工频谐振，谐波谐振又可分为分频谐振与高频谐振，分频谐振主要是1/2、1/3、1/5次谐波引发，高频谐振主要为2、3、5次谐波引发。系统发生工频谐振时，中性点出现偏移电压，且该偏移电压为工频电压，此时系统电压出现一相或两相电压升高并伴随一相电压降低。当发生谐波谐振时，系统中性点偏移电压为谐波电压，会出现三相电压同时升高的异常现象。
2铁磁谐振故障案例分析及处理措施
2.1故障现象和原因分析
以京沪高铁无锡东站为例，10kV配电所高压室内某日突然发出“嘭、嘭”声响，二号电源母互柜（N10）电压互感器A相冒烟，与此同时二号电源断路器柜（N8）的断路器跳闸，经查找发现是由于供电局线路单相接地造成。具体分析如下。（1）供电局线路C相接地，其馈出至无锡东站10kV配电所电源线A、B相电压上升为线电压，使得电压互感器铁芯饱和，产生铁磁谐振过电压致使电压互感器炸裂。（2）设计缺陷。该电压互感器在京沪高铁开通之前曾发生过同样的问题，后加装了20Ω 600W普通的消谐电阻没有效果;电压互感器（半绝缘）抗过载能力差，在供电系统为10kV不接地系统且线路发生单相接地故障时，对地电压数值会由相电压升高为线电压;电源进线柜未设母线零序过压保护，使其既不能报警也不能出口跳闸。
2.2处理措施
（1）将电压互感器的工作电压等级提高到12kV，并采用全绝缘。（2）一次侧加高压熔丝保护。磁饱和时电压互感器一次侧电流会剧增至原几十倍乃至上百倍，因此采取一次侧镕丝保护。（3）设置2分频的二次消谐器。考虑到电压互感器铁磁谐振的基波不是工频而是2分频，因此针对2分频配置二次消谐器。
3常用铁磁谐振消谐措施
3.1电压互感器一次侧中性点经电阻接地
中性点接入电阻接地，称之为一次消谐，电阻也称为消谐器。这个电阻可以是线性的，也可以是非线性的，中性点串入电阻后，在线路发生单相接地时，可以降低非故障相的对地电压，抑制涌流，减小电压互感器绕组的饱和度，降低铁磁谐振的可能性。消谐电阻越大，消谐效果越好。一次消谐器只能保护本互感器，对电网中其他互感器消谐不起作用。采用这种消谐方式要考虑消谐器的热容量，如果热容量选择不当，容易导致引线烧断、消谐器烧毁等故障，从而失去消谐作用。另外，单相接地故障时，消谐电阻承担了大部分的零序电压，使得开口三角形处电压降低，影响继电保护的灵敏度。再者，在中性点不直接接地的情况下，在发生单相接地时电压互感器的中性点对地电压或达到数千伏，对电压互感器的绝缘要求高，因此，不能使用半绝缘的电压互感器，应采用全绝缘的互感器。
3.2电压互感器二次侧三角形开口处装设电阻
在电压互感器二次侧的开口三角形处装设电阻，称为二次消谐。在正常情况下，开口三角形两端电压为零，电阻呈现高阻态。当发生单相接地时，开口三角形两端有电压，电阻呈低阻可以消耗谐振的能量，可以抑制铁磁谐振过电压，其电阻越小，消耗谐振能量的效果越显著。但是由于流过较大的电流，电压互感器容易过载，在谐振时间较长时，甚至会导致互感器镕丝熔断或者互感器烧损。现在普遍采用微机消谐器来进行二次消谐，微机二次消谐器的工作原理是：在开口三角形处并联2只反向晶闸管，2只晶闸管由单片机控制，正常运行或单相接地时，装置不动作。一旦判断出发生铁磁谐振，2只晶闸管交替触发导通，开口三角形处被短接，此时通过消耗能量来消除谐振，谐振消除后，晶闸管恢复阻断状态。开口三角形处短接时间较短，一般不会对互感器造成影响，但是，消谐器一旦晶闸管关断失效，开口三角形处将始终处于短路状态，如果发生单相接地时，大电流会烧毁互感器。
3.3采用消弧线圈
消弧线圈的感抗远远小于电压互感器的感抗值，在系统中性点上接入消弧线圈，相当于电压互感器并联了1个线圈，改变了系统中电感L的数量，破坏了谐振条件，并且在有了消弧线圈之后，减小了流过电压互感器的电流，防止了电压互感器事故的发生。
3.4采用励磁特性好的电压互感器
伏安特性好的电压互感器，在一般过电压下不会进入饱和区，不易构成参数匹配而引发谐振。从某种程度来说，这是一个治本的措施。
结语
综上所述，受变电站电压互感器电压突然变化的影响，极容易诱发铁磁谐振现象，开关合闸、对地电容以及铁芯特性均是铁磁谐振的影响因素。一旦产生铁磁谐振，会导致电压和电流在瞬间急速升高，对电网的安全运行形成了挑战。因此，应注重改选具有性能优势的电压互感器元件，合理设定高压侧接地方式，装设消弧线圈，促进电力系统操作规范化，从根源上防范铁磁谐振的产生。
参考文献
[1]雷红梅，施华.电工基础[M].北京：中国水利水电出版社，2016.
[2]王盛阳.配电网铁磁谐振过电压的研究[D].浙江大学，2016.
[3]郭凤仪，郑龙飞，张建飞.电磁式电压互感器铁磁谐振特征[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2015，34（06）：750-753.