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摘要：本文针对钦州市某110kV变电站母线PT一次消谐器引发的开口电压过高问题，介绍了一、二次消谐器原理，分析了一次消谐器对变电站母线电压、电流的影响，结果表明一次消谐器会产生三次谐波，使得电压互感器开口电压过高。对此分析一次消谐器产生三次谐波对系统的影响。
关键词：铁磁谐振；消谐器；开口电压
引言
在10kV系统中，电磁式电压互感器（PT）一次侧接地运行。由于其励磁电感的非线性特性，在一定条件下容易与系统的电容组成谐振回路，产生铁磁谐振过电压，损坏电力设备的绝缘，甚至危及运行人员安全。理论分析表明，铁磁谐振经常在某种外部条件的激发下发生[1]。例如切除单相接地故障时。10kV配电线路投切频繁，网络参数经常变化。据统计，中性点不接地系统中电磁式PT引起的铁磁谐振过电压是最常见的一种内部过电压[2]。
根据南方电网公司在20kV及以下电网装备技术导则中的要求：中压（20kV和10kV）电磁式电压互感器宜带一次消谐装置和微机型二次消谐装置。钦州网区大部分35kV和10kV母线电压互感器都安装了一次消谐器。
一、二次消谐装置原理
一次消谐器实际上是一个非线性消谐电阻RX，串接在PT高压侧中性点与地之间。如图1所示：
当系统发生单相接地故障时，非故障相的电压上升为线电压，并通过线路对地耦合电容C和大地形成零序电流。故障期间流过PT励磁阻抗的电流很小，当故障消失时，非故障相的电压必须恢复到正常电压值，电容C需放电，只有通过PT高压绕组经其接地的中性点流入大地。在这瞬间变化的过程中，PT铁芯会严重饱和，产生饱和过电压。在接入电阻RX后，饱和电流流过RX就分担了大部分压降，从而限制饱和过电压。可见，RX越大越好，分担越多压降。但是RX过大分担过多零序压降，开口电压会太低，影响接地指示灵敏度和保护装置正常动作。非线性电阻RX在电网正常运行时，需呈高阻值，阻尼作用大，使谐振在起始阶段不易发展；当电网单相接地时，RX呈一定的低阻值，不影响接地指示灵敏度和保护装置正常动作。
二次消谐，即微机消谐装置，二次接线如图2：
其实际是通过高性能的单片机对PT开口三角电压进行遁环检测，控制端口接入的电阻RD的通断。正常工作情况下，RD处于阻断状态不消耗能量，当发生单相接地故障时，开口三角会有零序电压U0，单片机启动程序，发脉冲触发晶闸管导通，RD消耗能量，且阻值越小消耗能量越多，越能有效抑制谐振 [3-5]。
电压互感器开口电压升高案例
问题现象
某110kV新投运变电站10kV系统的三相绕组采用三角形接法，10kV母线为单母接线，母线上接有一组5MVARA的电容器组，但未投入运行。母线上装设的PT其高压侧接地端星型连接，经过一次消谐器接地。有6条出线均未投运。
经发现，10kV PT开口电压升高，后台显示其值为7.7V，正常情况一般为0～3V。
问题原因分析
针对PT开口电压升高问题，如果是线路绝缘不良，重则会导致故障，保护动作。一般首先想到两点原因：（1）测控装置采样不准；（2）PT伏安特性不好，电压转化误差大。
用FLUKE 117C型万用表在PT刀闸柜二次接线端子处测量其各相绕组电压，如表1：
PT各相电压测量值均正常，差别不明显，与测控装置采样值相同，可以排除装置采样问题。但是万用表测得开口电压7.7V，频率50HZ，表明确实存在零序电压。另外，10kV保护测控装置接入PT各相电压后的自产零序电压显示为0.44V，与万用表采样值7.7V不一致。
相对其他变电站，明显不同的一点就是新站安装了一次消谐器，可能会影响PT高压侧的电压。当短接消谐器后，开口电压变为0.4V，证实了开口升高的7伏电压确实是消谐器引起。
之后在主变低后备装置发现，开口电压基波值0.41V，三次谐波值7.86V，公用测控显示相电压基波值为58.95V，三次谐波值为4.576V。因为PT相电压绕组变比为104：57.74，所以三次谐波一次值为791.64V，又开口三角绕组变比为104：100/3，所以二次开口三角单相绕组电压值为2.64V。
在三相系统中，三次谐波电流在时间上同相位，即[6]：
如果一次为无引出中性线的星形连接，三次谐波电流则不能流通；如果一次为三角连接，三次谐波电流则成环流。由（1）～（3）式可知，开口三角电压三次谐波值为其单相绕组值2.64V 的3倍，即7.92V，与主变低后备装置显示的开口电压三次谐波值相同。该结论验证了主变保护装置有滤波措施，只采基波。而测控装置和万用表均是采各次波的叠加值。用昂立保护测试仪试验，谐波含量低时FLUKE 117C型万用表测得频率为基波频率，而电压始终为基波与谐波叠加后的有效值，所以在现场时万用表不能测量出谐波的存在。综合以上计算结果，从而证实安装一次消谐器后，产生了三次谐波，使得开口电压升高。这也激发了对一次消谐器引发后续问题的质疑。
一次消谐器的影响
一次消谐器可以解决铁磁谐振问题，且运行经验表明一次消谐效果优于二次消谐。但安装一次消谐器会产生谐波，以三次谐波为主，造成开口电压采样不准，尤其对无负荷和轻负荷的母线特别明显，随着負荷的加重谐波比值有所下降，跟线路对地电容有关。该谐波并不实际在系统存在，测量母线电压和电流的谐波含量均符合国标值。
综上所述，一次消谐器所产生的谐波对系统影响不大，仅影响运行人员对开口三角电压的判断，建议测控装置采样也增加滤波措施。
参考文献：
[1]张勋友，温阳东. 配电系统PT铁磁谐振过电压与消谐装置的研究[J]. 池州学院学报，2009，23（3）：51-53.
[2]彭泽华，黑绥亚，何俊良. 消谐装置导致电压互感器烧毁事故分析[J].广西电力，2010，33（4）：38-39.
[3]王帆. 一、二次消諧装置原理分析探讨[J]. 硅谷：182，192.
[4]丁亚伟，刘岩，刘方等.二次消谐装置对抑制铁磁谐振有效性的仿真研究[J].能源工程，2011，（4）：15-19.
[5]郭景武，张荣新. 消谐装置在电力系统中的应用分析[J].天津电力技术，2005，24-26.
[6]胡虔生，胡敏强. 电机学[M]. 北京：中国电力出版社，2009.
关键词：铁磁谐振；消谐器；开口电压
引言
在10kV系统中，电磁式电压互感器（PT）一次侧接地运行。由于其励磁电感的非线性特性，在一定条件下容易与系统的电容组成谐振回路，产生铁磁谐振过电压，损坏电力设备的绝缘，甚至危及运行人员安全。理论分析表明，铁磁谐振经常在某种外部条件的激发下发生[1]。例如切除单相接地故障时。10kV配电线路投切频繁，网络参数经常变化。据统计，中性点不接地系统中电磁式PT引起的铁磁谐振过电压是最常见的一种内部过电压[2]。
根据南方电网公司在20kV及以下电网装备技术导则中的要求：中压（20kV和10kV）电磁式电压互感器宜带一次消谐装置和微机型二次消谐装置。钦州网区大部分35kV和10kV母线电压互感器都安装了一次消谐器。
一、二次消谐装置原理
一次消谐器实际上是一个非线性消谐电阻RX，串接在PT高压侧中性点与地之间。如图1所示：
当系统发生单相接地故障时，非故障相的电压上升为线电压，并通过线路对地耦合电容C和大地形成零序电流。故障期间流过PT励磁阻抗的电流很小，当故障消失时，非故障相的电压必须恢复到正常电压值，电容C需放电，只有通过PT高压绕组经其接地的中性点流入大地。在这瞬间变化的过程中，PT铁芯会严重饱和，产生饱和过电压。在接入电阻RX后，饱和电流流过RX就分担了大部分压降，从而限制饱和过电压。可见，RX越大越好，分担越多压降。但是RX过大分担过多零序压降，开口电压会太低，影响接地指示灵敏度和保护装置正常动作。非线性电阻RX在电网正常运行时，需呈高阻值，阻尼作用大，使谐振在起始阶段不易发展；当电网单相接地时，RX呈一定的低阻值，不影响接地指示灵敏度和保护装置正常动作。
二次消谐，即微机消谐装置，二次接线如图2：
其实际是通过高性能的单片机对PT开口三角电压进行遁环检测，控制端口接入的电阻RD的通断。正常工作情况下，RD处于阻断状态不消耗能量，当发生单相接地故障时，开口三角会有零序电压U0，单片机启动程序，发脉冲触发晶闸管导通，RD消耗能量，且阻值越小消耗能量越多，越能有效抑制谐振 [3-5]。
电压互感器开口电压升高案例
问题现象
某110kV新投运变电站10kV系统的三相绕组采用三角形接法，10kV母线为单母接线，母线上接有一组5MVARA的电容器组，但未投入运行。母线上装设的PT其高压侧接地端星型连接，经过一次消谐器接地。有6条出线均未投运。
经发现，10kV PT开口电压升高，后台显示其值为7.7V，正常情况一般为0～3V。
问题原因分析
针对PT开口电压升高问题，如果是线路绝缘不良，重则会导致故障，保护动作。一般首先想到两点原因：（1）测控装置采样不准；（2）PT伏安特性不好，电压转化误差大。
用FLUKE 117C型万用表在PT刀闸柜二次接线端子处测量其各相绕组电压，如表1：
PT各相电压测量值均正常，差别不明显，与测控装置采样值相同，可以排除装置采样问题。但是万用表测得开口电压7.7V，频率50HZ，表明确实存在零序电压。另外，10kV保护测控装置接入PT各相电压后的自产零序电压显示为0.44V，与万用表采样值7.7V不一致。
相对其他变电站，明显不同的一点就是新站安装了一次消谐器，可能会影响PT高压侧的电压。当短接消谐器后，开口电压变为0.4V，证实了开口升高的7伏电压确实是消谐器引起。
之后在主变低后备装置发现，开口电压基波值0.41V，三次谐波值7.86V，公用测控显示相电压基波值为58.95V，三次谐波值为4.576V。因为PT相电压绕组变比为104：57.74，所以三次谐波一次值为791.64V，又开口三角绕组变比为104：100/3，所以二次开口三角单相绕组电压值为2.64V。
在三相系统中，三次谐波电流在时间上同相位，即[6]：
如果一次为无引出中性线的星形连接，三次谐波电流则不能流通；如果一次为三角连接，三次谐波电流则成环流。由（1）～（3）式可知，开口三角电压三次谐波值为其单相绕组值2.64V 的3倍，即7.92V，与主变低后备装置显示的开口电压三次谐波值相同。该结论验证了主变保护装置有滤波措施，只采基波。而测控装置和万用表均是采各次波的叠加值。用昂立保护测试仪试验，谐波含量低时FLUKE 117C型万用表测得频率为基波频率，而电压始终为基波与谐波叠加后的有效值，所以在现场时万用表不能测量出谐波的存在。综合以上计算结果，从而证实安装一次消谐器后，产生了三次谐波，使得开口电压升高。这也激发了对一次消谐器引发后续问题的质疑。
一次消谐器的影响
一次消谐器可以解决铁磁谐振问题，且运行经验表明一次消谐效果优于二次消谐。但安装一次消谐器会产生谐波，以三次谐波为主，造成开口电压采样不准，尤其对无负荷和轻负荷的母线特别明显，随着負荷的加重谐波比值有所下降，跟线路对地电容有关。该谐波并不实际在系统存在，测量母线电压和电流的谐波含量均符合国标值。
综上所述，一次消谐器所产生的谐波对系统影响不大，仅影响运行人员对开口三角电压的判断，建议测控装置采样也增加滤波措施。
参考文献：
[1]张勋友，温阳东. 配电系统PT铁磁谐振过电压与消谐装置的研究[J]. 池州学院学报，2009，23（3）：51-53.
[2]彭泽华，黑绥亚，何俊良. 消谐装置导致电压互感器烧毁事故分析[J].广西电力，2010，33（4）：38-39.
[3]王帆. 一、二次消諧装置原理分析探讨[J]. 硅谷：182，192.
[4]丁亚伟，刘岩，刘方等.二次消谐装置对抑制铁磁谐振有效性的仿真研究[J].能源工程，2011，（4）：15-19.
[5]郭景武，张荣新. 消谐装置在电力系统中的应用分析[J].天津电力技术，2005，24-26.
[6]胡虔生，胡敏强. 电机学[M]. 北京：中国电力出版社，2009.