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[摘 要]中原油田电网多次发生谐振现象，产生较高的过电压，有的造成设备损坏，甚至引发电网的停电事故。为了使变电站和调度值班人员对谐振过电压现象有一个较为理性的认识，提高值班人员对谐振现象的判断和处理能力，预防并降低谐振过电压的幅值及缩短其存在的时间，减少对电网的损害，本文根据自己的运行经验，并从其产生的基理、现象以及判断、处理方法方面进行了一些探讨。
[关键词]谐振 过电压 基波 措施
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0089-01
电力系统运行的可靠性，在很大的程度上取决于设备绝缘水平及其工作状况。其绝缘除了受到正常工作电压作用外，还将承受各种各样的过电压。引起电网过电压的原因很多，主要可分为谐振过电压、操作过电压和雷电过电压；其中谐振过电压在正常运行操作中出现比较频繁，其危害性较大。运行经验表明，中低压电网中过电压事故大多数都是由谐振过电压所引起的。尽管在设计施工时，人们采取了种种措施用以限制各种谐振过电压的产生，以减少谐振过电压对电网造成的危害。但是各种谐振过电压依然时时出现，对电力系统的安全可靠运行构成了威协。为了使变电站运行人员及电力调度值班人员对电网谐振有一个较深刻的了解，提高对谐振现象判断处理能力，本文针对几种常见的谐振从其产生的机理及处理方法上来阐述一下个人的见解。
一、 谐振
在电力系统中包含有很多电感元件和电容元件（如变压器、互感器等的电感，输电线路的对地及相间电容等），它们的组合可以构成一系列不同自振频率的振荡回路，因此，在开关操作或发生故障时，电力系统中的某些振荡频率回路就有可能与外加电源产生谐振现象，导致在系统中的某些部分（或元件）上出现严重的谐振过电压。
通常认为系统中的电阻和电容元件为线性参数，电感元件则一般有三类不同的特性参数。对应三种电感参数，在一定的电容参数和其它条件的配合下，可能产生三种不同性质的谐振现象。
1、线性谐振：电感参数为常数，电感值不随元件上的电压或电流的变化而变化。
2、铁磁谐振：电感元件因带有铁芯会产生饱和现象，电感参数不再是常数，而是随着电流或磁通的变化而变化。
3、参数谐振：电感参数在外力的影响下发生周期性变化。
二、铁磁谐振发生机理分析
铁磁谐振是谐振过电压中最常见的，也是最难以预防的。铁磁谐振又分为铁磁电压谐振（串联谐振）和铁磁电流谐振（并联谐振），两种谐振以铁磁电压谐振较为常见。下面以铁磁电压谐振为例，分析铁磁谐振发生的机理。
电阻R、电容C和铁芯电感L的串联电路。设在正常运行条件下初始感抗大于容抗，电路中电压与电流的相量图。设电流是正弦的，并以为参考相量。L和C分别为L和C上的电压。当略去铁损而把线圈的电感用等效电感代替，其等效正弦电压相量即L比超前90°。当铁芯线圈用等效的非线性电感表示时，其伏安特性与铁磁物质的磁化曲线相似，电容上的电压UC=I/ωC与电流的关系为一直線关系.
在电源电压E一定的条件下，电路出现a、b、c三个平衡点，其中b点是不稳定的。在b点时，回路中电流有任何微小扰动，都会使其倾向a或c两个稳定点中的一个，故b点不成为回路的实际工作点。回路工作在a点时，UL>UC，整个回路为感性，电感和电容上电压都不高，电流也不大，处于非谐振状态。当工作在c点时，UC>UL，回路呈容性，电流增大，电容和电感都出现较高的过电压，此时回路处于谐振状态。
三、几种常见的铁磁谐振
1、断线谐振
所谓断线泛指导线断落、开关的不同期切合和熔断器的一相或二相熔断。当电网中出现断线谐振过电压时，系统的中性点将出现位移、负载变压器的相序反倾、虚幻接地、绕组铁芯发出异常响声和导线出现电晕声。在严重情况下，甚至瓷瓶闪络，避雷器爆炸和损坏电气设备。
2、传递过电压
当电网中发生不对称接地或断路器的不同期操作时，中性点位移电压将显著增大，通过静电耦合和电磁耦合，能在相邻的输电线路中感应出瞬间的或持续性的传递过电压；同样，变压器高压绕组侧的零序电压通过绕组间的杂散电容传递至低压侧，危及后者的电气绝缘。如果低压侧接有铁芯电感元件（消弧线圈、空载变压器或电压互感器等），在不利的参数配合下，则有可能产生铁磁谐振过电压。
3、电磁式电压互感器引起的铁磁谐振
在中性点不接地系统中，为了监测三相对地电压，通常在发电厂、变电所母线上接有Y0接线的电磁式电压互感器。网络对地参数除了电力设备和导线的对地电容C外，还有电压互感器的励磁电感L。这样当进行某些操作时（例如中性点绝缘系统非同期合闸，或接地故障消失之后），电压互感器的激磁阻抗与系统的对地电容形成非线性谐振回路，由于回路参数及外界激发条件的不同，可能造成分次谐波（通常1/2次）、高次谐波（2次、3次、5次等）或基波谐波铁磁谐振。
四、谐振现象的判断处理
电力系统实际运行经验表明，35 kV及以下配电网中，各种形式的铁磁谐振频繁发生，铁磁谐振可以是基波谐振、高次谐波谐振，也可以是分次谐波谐振。一般有以下表现形式：
1、基频谐振 一相电压下降（不为零），两相电压升高并超过线电压；或者两相电压下降（不为零），一相电压升高。
2、分频谐振 三相对地电压依相序轮流升高，并在1.2-1.4倍相电压间做低频摆动，约每秒一次。
3、高频谐振 三相对地电压一起升高，远远超过相电压。铁磁谐振一般都有接地信号。
4、支柱瓷瓶放电，电压互感器高压保险烧断或线圈烧坏，有时避雷器也发生爆炸。
5、消谐器动作。
6、装有小电流接地装置的系统中，也会发出接地信号。 以上特征往往是一种或几种同时出现，这时值班人员应沉着冷静，及时向上级调度汇报，并将有关现象作好记录，根据信号、表计指示、天气、运行方式等情况，判断故障。在初步判断电网出现谐振后，我们一般应采取以下措施来进行处理：
1、 如断路器操作后发生异常现象，应即复原和检查；
2、 保证断路器的三相同期动作；
3、 在中性点直接接地的电网中，操作时应将负载变压器的中性点临时接地，此时负载变压器的合闸相的绕组电压已被固定，未合闸相则通过三角形的低压绕组感应出一个恒定电压，谐振回路被破坏。
4、拉合补偿电容器，或拉合事先规定的线路；在运行方式允许的情况下，可拉、合母联开关，以破坏谐振条件。
5、投入或试调整消弧线圈的抽头，以改变电网系统参数，破坏谐振条件。
对于因线路导线断线或弧光接地引起的过电压，我们应按照处理接地故障的方法，及时查找出故障线路，而后迅速地排除故障。其方法（包括处理接地故障）主要是如下几点：
1、查清站内有无接地情况；
2、在装有小电流接地仪的变电站（开关站），优先根据其指示进行查找。
3、拉去次要生产线路及有关转供电。
4、投入备用主变，进行分段选择。
5、倒换运行方式，具体查出故障在哪一条线路。
6、对威胁人身及设备安全而又无法采取措施时，应迅速将此线路停电。
应当注意，在两相电压升高，另一相电压降低的现象出现时，我们要把系统谐振与系统接地区分开来，因当系统发生金属性接地时，其故障相电压为0，非故障相电压为线电压；若系统发生非金属性接地时，其故障相电压降低但不为0，非故障相电压升高而不等于线电压，此时，系统谐振与系统接地现象十分相象。一般来说，在分辨不清时，可以拉合补偿电容或母联开关，若是谐振一般会消失；此外，还可以用高压验电器测量接地相来验证线路是否真正接地。
六、结论
谐振过电压对电力系统的安全稳定运行构成了巨大的威胁，谐振过电压不仅会在操作或發生事故的过渡过程中产生，而且还可能在过渡过程结束以后较长时间内稳定存在，直到发生新的操作、谐振条件受到破坏为止。因此，提高变电站运行人员对谐振现象的判断和处理能力，预防并降低谐振过电压的幅值及缩短其存在的时间是十分重要的。
[关键词]谐振 过电压 基波 措施
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0089-01
电力系统运行的可靠性，在很大的程度上取决于设备绝缘水平及其工作状况。其绝缘除了受到正常工作电压作用外，还将承受各种各样的过电压。引起电网过电压的原因很多，主要可分为谐振过电压、操作过电压和雷电过电压；其中谐振过电压在正常运行操作中出现比较频繁，其危害性较大。运行经验表明，中低压电网中过电压事故大多数都是由谐振过电压所引起的。尽管在设计施工时，人们采取了种种措施用以限制各种谐振过电压的产生，以减少谐振过电压对电网造成的危害。但是各种谐振过电压依然时时出现，对电力系统的安全可靠运行构成了威协。为了使变电站运行人员及电力调度值班人员对电网谐振有一个较深刻的了解，提高对谐振现象判断处理能力，本文针对几种常见的谐振从其产生的机理及处理方法上来阐述一下个人的见解。
一、 谐振
在电力系统中包含有很多电感元件和电容元件（如变压器、互感器等的电感，输电线路的对地及相间电容等），它们的组合可以构成一系列不同自振频率的振荡回路，因此，在开关操作或发生故障时，电力系统中的某些振荡频率回路就有可能与外加电源产生谐振现象，导致在系统中的某些部分（或元件）上出现严重的谐振过电压。
通常认为系统中的电阻和电容元件为线性参数，电感元件则一般有三类不同的特性参数。对应三种电感参数，在一定的电容参数和其它条件的配合下，可能产生三种不同性质的谐振现象。
1、线性谐振：电感参数为常数，电感值不随元件上的电压或电流的变化而变化。
2、铁磁谐振：电感元件因带有铁芯会产生饱和现象，电感参数不再是常数，而是随着电流或磁通的变化而变化。
3、参数谐振：电感参数在外力的影响下发生周期性变化。
二、铁磁谐振发生机理分析
铁磁谐振是谐振过电压中最常见的，也是最难以预防的。铁磁谐振又分为铁磁电压谐振（串联谐振）和铁磁电流谐振（并联谐振），两种谐振以铁磁电压谐振较为常见。下面以铁磁电压谐振为例，分析铁磁谐振发生的机理。
电阻R、电容C和铁芯电感L的串联电路。设在正常运行条件下初始感抗大于容抗，电路中电压与电流的相量图。设电流是正弦的，并以为参考相量。L和C分别为L和C上的电压。当略去铁损而把线圈的电感用等效电感代替，其等效正弦电压相量即L比超前90°。当铁芯线圈用等效的非线性电感表示时，其伏安特性与铁磁物质的磁化曲线相似，电容上的电压UC=I/ωC与电流的关系为一直線关系.
在电源电压E一定的条件下，电路出现a、b、c三个平衡点，其中b点是不稳定的。在b点时，回路中电流有任何微小扰动，都会使其倾向a或c两个稳定点中的一个，故b点不成为回路的实际工作点。回路工作在a点时，UL>UC，整个回路为感性，电感和电容上电压都不高，电流也不大，处于非谐振状态。当工作在c点时，UC>UL，回路呈容性，电流增大，电容和电感都出现较高的过电压，此时回路处于谐振状态。
三、几种常见的铁磁谐振
1、断线谐振
所谓断线泛指导线断落、开关的不同期切合和熔断器的一相或二相熔断。当电网中出现断线谐振过电压时，系统的中性点将出现位移、负载变压器的相序反倾、虚幻接地、绕组铁芯发出异常响声和导线出现电晕声。在严重情况下，甚至瓷瓶闪络，避雷器爆炸和损坏电气设备。
2、传递过电压
当电网中发生不对称接地或断路器的不同期操作时，中性点位移电压将显著增大，通过静电耦合和电磁耦合，能在相邻的输电线路中感应出瞬间的或持续性的传递过电压；同样，变压器高压绕组侧的零序电压通过绕组间的杂散电容传递至低压侧，危及后者的电气绝缘。如果低压侧接有铁芯电感元件（消弧线圈、空载变压器或电压互感器等），在不利的参数配合下，则有可能产生铁磁谐振过电压。
3、电磁式电压互感器引起的铁磁谐振
在中性点不接地系统中，为了监测三相对地电压，通常在发电厂、变电所母线上接有Y0接线的电磁式电压互感器。网络对地参数除了电力设备和导线的对地电容C外，还有电压互感器的励磁电感L。这样当进行某些操作时（例如中性点绝缘系统非同期合闸，或接地故障消失之后），电压互感器的激磁阻抗与系统的对地电容形成非线性谐振回路，由于回路参数及外界激发条件的不同，可能造成分次谐波（通常1/2次）、高次谐波（2次、3次、5次等）或基波谐波铁磁谐振。
四、谐振现象的判断处理
电力系统实际运行经验表明，35 kV及以下配电网中，各种形式的铁磁谐振频繁发生，铁磁谐振可以是基波谐振、高次谐波谐振，也可以是分次谐波谐振。一般有以下表现形式：
1、基频谐振 一相电压下降（不为零），两相电压升高并超过线电压；或者两相电压下降（不为零），一相电压升高。
2、分频谐振 三相对地电压依相序轮流升高，并在1.2-1.4倍相电压间做低频摆动，约每秒一次。
3、高频谐振 三相对地电压一起升高，远远超过相电压。铁磁谐振一般都有接地信号。
4、支柱瓷瓶放电，电压互感器高压保险烧断或线圈烧坏，有时避雷器也发生爆炸。
5、消谐器动作。
6、装有小电流接地装置的系统中，也会发出接地信号。 以上特征往往是一种或几种同时出现，这时值班人员应沉着冷静，及时向上级调度汇报，并将有关现象作好记录，根据信号、表计指示、天气、运行方式等情况，判断故障。在初步判断电网出现谐振后，我们一般应采取以下措施来进行处理：
1、 如断路器操作后发生异常现象，应即复原和检查；
2、 保证断路器的三相同期动作；
3、 在中性点直接接地的电网中，操作时应将负载变压器的中性点临时接地，此时负载变压器的合闸相的绕组电压已被固定，未合闸相则通过三角形的低压绕组感应出一个恒定电压，谐振回路被破坏。
4、拉合补偿电容器，或拉合事先规定的线路；在运行方式允许的情况下，可拉、合母联开关，以破坏谐振条件。
5、投入或试调整消弧线圈的抽头，以改变电网系统参数，破坏谐振条件。
对于因线路导线断线或弧光接地引起的过电压，我们应按照处理接地故障的方法，及时查找出故障线路，而后迅速地排除故障。其方法（包括处理接地故障）主要是如下几点：
1、查清站内有无接地情况；
2、在装有小电流接地仪的变电站（开关站），优先根据其指示进行查找。
3、拉去次要生产线路及有关转供电。
4、投入备用主变，进行分段选择。
5、倒换运行方式，具体查出故障在哪一条线路。
6、对威胁人身及设备安全而又无法采取措施时，应迅速将此线路停电。
应当注意，在两相电压升高，另一相电压降低的现象出现时，我们要把系统谐振与系统接地区分开来，因当系统发生金属性接地时，其故障相电压为0，非故障相电压为线电压；若系统发生非金属性接地时，其故障相电压降低但不为0，非故障相电压升高而不等于线电压，此时，系统谐振与系统接地现象十分相象。一般来说，在分辨不清时，可以拉合补偿电容或母联开关，若是谐振一般会消失；此外，还可以用高压验电器测量接地相来验证线路是否真正接地。
六、结论
谐振过电压对电力系统的安全稳定运行构成了巨大的威胁，谐振过电压不仅会在操作或發生事故的过渡过程中产生，而且还可能在过渡过程结束以后较长时间内稳定存在，直到发生新的操作、谐振条件受到破坏为止。因此，提高变电站运行人员对谐振现象的判断和处理能力，预防并降低谐振过电压的幅值及缩短其存在的时间是十分重要的。