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摘 要：变电站在倒闸操作过程中形成的特殊运行方式往往会构成各种电容、电感串并联回路，在一定条件下可激发成为铁磁谐振，并引起设备过电压，轻则影响系统的运行质量，重则损坏设备以至危害电力系统的安全运行。在四川省宜宾供电公司220kV白沙变电站的110kV系统的倒闸操作过程中，就发生了一起在特殊运行方式下的铁磁谐振事故，造成110kV母线跳闸。正确认识谐振产生的原因已成为电力工作者的重要任务之一。因此，研究和分析铁磁谐振产生的原因、影响和消除铁磁谐振的措施具有重要的实际意义。本文就铁磁谐振事故的问题进行详细析分析，提出电厂在日常生产中防范铁磁谐谐事故发生的具体措施。
关键词：特殊运行方式；铁磁谐振；原因；措施
1.铁磁谐振的概念
在电力系统中包含有很多电感元件和电容元件，
电力系统会根据产生的需求不同，设计出不同的电路。不同的电路电压、电阻、电容均不相同。在实际的生产中，电力系统由铁磁构成，每条电路均会产铁磁磁场，其铁磁磁场效应范围不同。磁场和磁场之间由于交叉重叠，会产生铁磁谐振的现象。铁磁谐振现象会让电路失去原有的均衡，带来种种严重的后果。比如它会带来局部过电压，令电路的绝缘设计超过原有的负荷，带来绝缘故障；产生强大的电流烧毁设备，让整个电力系统不能持续运转。
电厂在生产时，必须一定会遇到铁磁谐振问题，电厂不能回避铁磁谐振的问题，只能尽可能的避免和防范铁磁谐振的问题。电场的谐振分为三种类型：
第一种类型被称为线性谐振，即电路都受到外在因素的影响，它呈现一种非正常的线性运行状态，在该运行状态下，每一个因素都脱离了预定的运行参数。
第二种类型被称为参数谐振，即电路的部份参数会受到外在因素的原因改变，带来电路参数不平衡的问题。
第三种类型被称为周期谐振，即电路在部分情况下电路运行是正常的，部分情况下电路的整个运行参数或部分运分运行参数脱离了预定的运行参数。这种正常和非正常的情况存在周期性的规律。通常这种情况为铁磁线圈磁路饱和的缘故。
2.一起铁磁谐振事故
该事故发生在四川省宜宾供电公司220kV白沙变电站。该站当时220kV和110kV都是双母线带专用旁路母线的接线方式，一台降压变压器联接220kV和110kV母线。110kV母线PT为電磁式电压互感器，开关是带断口并联电容的少油式断路器。因调度方式调整，将110kV I、II母线分列运行，母差保护停用，110kV I母由主变供电，II母上保留的沙吊线181开关、沙山北线186开关、旁路140开关都是热备用状态。沙吊线1815、沙山北线1865旁路刀闸在合闸位置，由110kV吊黄楼变电站经沙吊线和1815旁路刀闸供该站110kV旁母，再经1865旁路刀闸和沙山北线供天原化工厂，该特殊运行方式如图1所示。
图1
110kVI母、旁母、182、101、183、184开关在运行状态，II母、181、140、100、186开关在热备用状态。当运行人员合上110kV母联100开关对110kV II母充电时，出现I、II母电压表大幅度摆动，随后发生110kV II母A相PT爆炸。因母差保护已退出运行，由主变后备保护动作跳开总路101开关，造成110kV I、II母失压，110kV旁路母线继续运行。
3.事故原因分析
该次电力生产的事故产生的情况反应在图2中。在图2中发生了三种铁磁运行状态。第一种状态为非线型工作状态，这是由于它的初始状态为感抗大于容抗，即即ωL > （1/ωC），的缘故，该种运型状态形成一种规律性；当电感线圈中产生电流以后，它的运行状态为容抗大于感抗，即ωL = （1/ωC），在该状态下，该设备会用另一种方式运作，即理论上应呈线性状态，这是第二种运行状态；然而当设备出现电压不稳的状态时，设备既无法用线性状态运作，也无法用非运形状态运作，它呈现一种不稳定的运行状态，即产生串联谐振或并联谐振现象。
图2
参看图2，参看运行状态3，该运行状态的特点为在纵坐标U=| UL-Uc|产生变化，在变化以前，该点ωL =（1/ωC），即Id 的左侧ωL > （1/ωC），但是该状态并不完整，它在运作时，突然发生电压变化的情况，即容抗突然变化，导至出现ωL < （1/ωC）。状态3的运作反应了几个问题：
第一个问题，该电路的实际运作与预设的运作结果有较大的出入，该电路的理想运作状态为线路1和线路2，由于该电路的电容、电压设计不合理，导至电压未能升至理想负荷状态，即出现瞬间断电的情况。
第二个问题，该电路的瞬间断电问题是铁磁谐振问题的另一个关键。当电路由于电压负荷不足，出现瞬间断电现象时，该电路没有预设的预备措施，即当出现瞬间断电问题时，该电路没有一套导出强大的电流或电压的措施，致使设备无法负荷强大的电流与电压，令电路的运行状态不得不强行瞬间切换。
第三个问题，该电路没有一套预设的继电方案，即该电路出现瞬间断电问题以后，该电路没有其它的电源给该电路持续供电，使该电路只能应用瞬间断电的方法应对电流、电压的改变，瞬间电流、电压的切换会带来很强的铁磁谐振。该电路的瞬间电流、电压变化产生的谐振给设备带来极大的冲击，可能会因此毁坏生产设施。
为了进一步的分析铁磁现象产生的必要条件，现对该电路的接受设备进行分析。该设施应用了电力变压器、互感器、发电机、消弧线圈等电感元件，又应用了补偿用的并或串联电容器组、高压设备的寄生电容为电容元件，而线路各导线对地和导线间既存在纵向电感又存在横向电容。这种电路的连接方式比较复杂，它的电路运行时差异较大，如果运作不当，致使电路常常切换运行方式，便易产生铁磁谐振。
现分析该电路的接线图图3，从该站的运行方式接线图可以看出，181、140、186开关断开后并联在110kV旁母和110kV II母之间，也就是这三台开关的断口并联电容并联在110kV旁母和110kV II母之间，而在110kV II母和大地之间是感性的电磁式PT，如图3所示。 图3
从图3中可以看出三个开关断口电容并联后组成的电容与110kV II母PT的电感线圈串联构成了一个LC串联电路接于外电源与大地之间。当合上母联100开关对II母充电时，在II母PT中产生了冲击涌流，使PT磁路饱和，PT的感抗减小，与三台开关断口组成的容抗接近，达到谐振条件，产生串联谐振，便在PT上产生过电压，使PT内部绝缘击穿放电，内部压力急剧增加，最终发生爆炸。
4.中性点直接接地系统谐振消除方法
从该铁磁谐振事故发生的案例可以看到，在35 kV及以下配电网中，以及110 kV～220 kV 的高压系统中极易发生铁磁摩振现象。这是由于这两类电路都易出现电路过于复杂，运行的方式易改变，从而常常出现铁磁现象的问题的缘故。要消除这两种电路中出现的铁磁谐振现象，可从三个方面入手：
第一个方面为优化电路设施，令电路设施不会产生运作不协调，发生瞬间故障的现象，比如目前常用的电压互感器作业适应度不高，易产生铁磁谐振的问题，目前可应用电容电压互感器替换传统的电压互感器。
第二个方面为优化电路运作方法，令电路设施不易产生铁磁谐振。比如即使应用电容电压互感器，它在更改运行状态时，也会产生铁磁谐振现象。为了避免该铁磁谐振现象产生，可优化电路运行方法，比如在出现瞬间断流现象时，设施可设定为优先停止电压互感器的运作，而电路恢复共电时，设施设置为电压互感器最后启动，该种运作方式可避免发生设施与设施之间参数不匹配的问题。
第三个方面为加强设施保护的问题，比如应用接地消除电路中产生的电压电流冲击，应用继电设备稳定电路的运作等。
5.铁磁谐振事故防范的措施
綜合以上的铁磁谐振事故产生的原因，以及解决铁磁谐振事故产生的方法，可总结出铁磁谐振事故防范的综合措施。
铁磁谐振的产生需要以下几种条件：电网回路出现单相接地的问题，强大的电压带来铁磁谐振；铁芯保和令电网的伏安特性受到影响，正负电荷的差异变大，此时如果出现单相接地问题，正负电荷差异会更大，引起强大的铁磁谐振；倒闸不当，引起瞬间断路的问题，带来铁磁谐振；断开断口如果与带有断路器的并联电容器连接，如果并联电容器出现故障，引起断路问题，会带来铁磁谐振；变电站电力系统在运作时，由于外在的原因，干扰智能设备的工作，引起TA暂时合闸的问题，便会引起铁磁谐振。从铁磁谐振产生的条件可见，电力系统在运作时，避免出现干扰问题、故障问题、单相接地问题可防范铁磁谐振事故。以此理论依据，可找到铁磁谐振事故防范的措施：
（1）装设继电设备。当变电站的电力系统出现瞬间断路时，会出现铁磁谐振现象，为了避免出现瞬间断路问题，变电站可安装继电设备。继电设备的应用原理如下，当电力系统出现瞬间断路时，继电设备立即启动，避免电力系统由于单相接地造成极大电压的问题。当电力系统恢复常态时，继电设备自动切断，电力系统正常运作。
（2）选用能承担较大负荷的三相五柱式电压互感器，避免出现绕组负荷饱合现象。
（3）减少应用电压互感器的台数，电压互感器会对电力系统的运作带来很大的影响，一台电压互感器出现问题，可能立刻就会带来瞬间断路的问题，减少应用电压互感器的台数就能提高变电站电力系统的稳定性。电力系统中应尽量应用串接单相互感器，该互感器具有电压增大，电抗系数增大的功能，在串接单相互感器负荷允许的范围内，如果出现瞬间电压增大的问题，它会即时调整电抗系数，令电力系统依旧稳定。
（4）在中性点设置消弧圈，它能消除单相接地时产生的电弧，避免发生铁磁谐振现象。
（5）如果电压互感器两侧开口的绕阻两端无电压，或出现微小的电压不对称现象时，会发生单相接地的故障，如果能在电压互感器两端并联阻尼电阻，可消除铁磁谐振的能力。或者电力系统可安装专门为此设计的“消谐电阻”，它能解决瞬间两端无电压，或微小电压不对称的问题。
结束语
随着电网的日趋发展，电力系统谐振过电压严重威胁着电网的安全，今后我们应深入研究铁磁谐振以及消谐措施，避免在电路中由于铁磁谐振事故降低电路运行的质量。
【参考文献】
[1] 王晓云，李宝树，庞承宗. 电力系统铁磁谐振研究现状分析 [J] . 电力科学与工程，2002 ， （4） ：49 - 51.
[2] 朱子述. 电力系统过电压. 上海交通大学出版社
关键词：特殊运行方式；铁磁谐振；原因；措施
1.铁磁谐振的概念
在电力系统中包含有很多电感元件和电容元件，
电力系统会根据产生的需求不同，设计出不同的电路。不同的电路电压、电阻、电容均不相同。在实际的生产中，电力系统由铁磁构成，每条电路均会产铁磁磁场，其铁磁磁场效应范围不同。磁场和磁场之间由于交叉重叠，会产生铁磁谐振的现象。铁磁谐振现象会让电路失去原有的均衡，带来种种严重的后果。比如它会带来局部过电压，令电路的绝缘设计超过原有的负荷，带来绝缘故障；产生强大的电流烧毁设备，让整个电力系统不能持续运转。
电厂在生产时，必须一定会遇到铁磁谐振问题，电厂不能回避铁磁谐振的问题，只能尽可能的避免和防范铁磁谐振的问题。电场的谐振分为三种类型：
第一种类型被称为线性谐振，即电路都受到外在因素的影响，它呈现一种非正常的线性运行状态，在该运行状态下，每一个因素都脱离了预定的运行参数。
第二种类型被称为参数谐振，即电路的部份参数会受到外在因素的原因改变，带来电路参数不平衡的问题。
第三种类型被称为周期谐振，即电路在部分情况下电路运行是正常的，部分情况下电路的整个运行参数或部分运分运行参数脱离了预定的运行参数。这种正常和非正常的情况存在周期性的规律。通常这种情况为铁磁线圈磁路饱和的缘故。
2.一起铁磁谐振事故
该事故发生在四川省宜宾供电公司220kV白沙变电站。该站当时220kV和110kV都是双母线带专用旁路母线的接线方式，一台降压变压器联接220kV和110kV母线。110kV母线PT为電磁式电压互感器，开关是带断口并联电容的少油式断路器。因调度方式调整，将110kV I、II母线分列运行，母差保护停用，110kV I母由主变供电，II母上保留的沙吊线181开关、沙山北线186开关、旁路140开关都是热备用状态。沙吊线1815、沙山北线1865旁路刀闸在合闸位置，由110kV吊黄楼变电站经沙吊线和1815旁路刀闸供该站110kV旁母，再经1865旁路刀闸和沙山北线供天原化工厂，该特殊运行方式如图1所示。
图1
110kVI母、旁母、182、101、183、184开关在运行状态，II母、181、140、100、186开关在热备用状态。当运行人员合上110kV母联100开关对110kV II母充电时，出现I、II母电压表大幅度摆动，随后发生110kV II母A相PT爆炸。因母差保护已退出运行，由主变后备保护动作跳开总路101开关，造成110kV I、II母失压，110kV旁路母线继续运行。
3.事故原因分析
该次电力生产的事故产生的情况反应在图2中。在图2中发生了三种铁磁运行状态。第一种状态为非线型工作状态，这是由于它的初始状态为感抗大于容抗，即即ωL > （1/ωC），的缘故，该种运型状态形成一种规律性；当电感线圈中产生电流以后，它的运行状态为容抗大于感抗，即ωL = （1/ωC），在该状态下，该设备会用另一种方式运作，即理论上应呈线性状态，这是第二种运行状态；然而当设备出现电压不稳的状态时，设备既无法用线性状态运作，也无法用非运形状态运作，它呈现一种不稳定的运行状态，即产生串联谐振或并联谐振现象。
图2
参看图2，参看运行状态3，该运行状态的特点为在纵坐标U=| UL-Uc|产生变化，在变化以前，该点ωL =（1/ωC），即Id 的左侧ωL > （1/ωC），但是该状态并不完整，它在运作时，突然发生电压变化的情况，即容抗突然变化，导至出现ωL < （1/ωC）。状态3的运作反应了几个问题：
第一个问题，该电路的实际运作与预设的运作结果有较大的出入，该电路的理想运作状态为线路1和线路2，由于该电路的电容、电压设计不合理，导至电压未能升至理想负荷状态，即出现瞬间断电的情况。
第二个问题，该电路的瞬间断电问题是铁磁谐振问题的另一个关键。当电路由于电压负荷不足，出现瞬间断电现象时，该电路没有预设的预备措施，即当出现瞬间断电问题时，该电路没有一套导出强大的电流或电压的措施，致使设备无法负荷强大的电流与电压，令电路的运行状态不得不强行瞬间切换。
第三个问题，该电路没有一套预设的继电方案，即该电路出现瞬间断电问题以后，该电路没有其它的电源给该电路持续供电，使该电路只能应用瞬间断电的方法应对电流、电压的改变，瞬间电流、电压的切换会带来很强的铁磁谐振。该电路的瞬间电流、电压变化产生的谐振给设备带来极大的冲击，可能会因此毁坏生产设施。
为了进一步的分析铁磁现象产生的必要条件，现对该电路的接受设备进行分析。该设施应用了电力变压器、互感器、发电机、消弧线圈等电感元件，又应用了补偿用的并或串联电容器组、高压设备的寄生电容为电容元件，而线路各导线对地和导线间既存在纵向电感又存在横向电容。这种电路的连接方式比较复杂，它的电路运行时差异较大，如果运作不当，致使电路常常切换运行方式，便易产生铁磁谐振。
现分析该电路的接线图图3，从该站的运行方式接线图可以看出，181、140、186开关断开后并联在110kV旁母和110kV II母之间，也就是这三台开关的断口并联电容并联在110kV旁母和110kV II母之间，而在110kV II母和大地之间是感性的电磁式PT，如图3所示。 图3
从图3中可以看出三个开关断口电容并联后组成的电容与110kV II母PT的电感线圈串联构成了一个LC串联电路接于外电源与大地之间。当合上母联100开关对II母充电时，在II母PT中产生了冲击涌流，使PT磁路饱和，PT的感抗减小，与三台开关断口组成的容抗接近，达到谐振条件，产生串联谐振，便在PT上产生过电压，使PT内部绝缘击穿放电，内部压力急剧增加，最终发生爆炸。
4.中性点直接接地系统谐振消除方法
从该铁磁谐振事故发生的案例可以看到，在35 kV及以下配电网中，以及110 kV～220 kV 的高压系统中极易发生铁磁摩振现象。这是由于这两类电路都易出现电路过于复杂，运行的方式易改变，从而常常出现铁磁现象的问题的缘故。要消除这两种电路中出现的铁磁谐振现象，可从三个方面入手：
第一个方面为优化电路设施，令电路设施不会产生运作不协调，发生瞬间故障的现象，比如目前常用的电压互感器作业适应度不高，易产生铁磁谐振的问题，目前可应用电容电压互感器替换传统的电压互感器。
第二个方面为优化电路运作方法，令电路设施不易产生铁磁谐振。比如即使应用电容电压互感器，它在更改运行状态时，也会产生铁磁谐振现象。为了避免该铁磁谐振现象产生，可优化电路运行方法，比如在出现瞬间断流现象时，设施可设定为优先停止电压互感器的运作，而电路恢复共电时，设施设置为电压互感器最后启动，该种运作方式可避免发生设施与设施之间参数不匹配的问题。
第三个方面为加强设施保护的问题，比如应用接地消除电路中产生的电压电流冲击，应用继电设备稳定电路的运作等。
5.铁磁谐振事故防范的措施
綜合以上的铁磁谐振事故产生的原因，以及解决铁磁谐振事故产生的方法，可总结出铁磁谐振事故防范的综合措施。
铁磁谐振的产生需要以下几种条件：电网回路出现单相接地的问题，强大的电压带来铁磁谐振；铁芯保和令电网的伏安特性受到影响，正负电荷的差异变大，此时如果出现单相接地问题，正负电荷差异会更大，引起强大的铁磁谐振；倒闸不当，引起瞬间断路的问题，带来铁磁谐振；断开断口如果与带有断路器的并联电容器连接，如果并联电容器出现故障，引起断路问题，会带来铁磁谐振；变电站电力系统在运作时，由于外在的原因，干扰智能设备的工作，引起TA暂时合闸的问题，便会引起铁磁谐振。从铁磁谐振产生的条件可见，电力系统在运作时，避免出现干扰问题、故障问题、单相接地问题可防范铁磁谐振事故。以此理论依据，可找到铁磁谐振事故防范的措施：
（1）装设继电设备。当变电站的电力系统出现瞬间断路时，会出现铁磁谐振现象，为了避免出现瞬间断路问题，变电站可安装继电设备。继电设备的应用原理如下，当电力系统出现瞬间断路时，继电设备立即启动，避免电力系统由于单相接地造成极大电压的问题。当电力系统恢复常态时，继电设备自动切断，电力系统正常运作。
（2）选用能承担较大负荷的三相五柱式电压互感器，避免出现绕组负荷饱合现象。
（3）减少应用电压互感器的台数，电压互感器会对电力系统的运作带来很大的影响，一台电压互感器出现问题，可能立刻就会带来瞬间断路的问题，减少应用电压互感器的台数就能提高变电站电力系统的稳定性。电力系统中应尽量应用串接单相互感器，该互感器具有电压增大，电抗系数增大的功能，在串接单相互感器负荷允许的范围内，如果出现瞬间电压增大的问题，它会即时调整电抗系数，令电力系统依旧稳定。
（4）在中性点设置消弧圈，它能消除单相接地时产生的电弧，避免发生铁磁谐振现象。
（5）如果电压互感器两侧开口的绕阻两端无电压，或出现微小的电压不对称现象时，会发生单相接地的故障，如果能在电压互感器两端并联阻尼电阻，可消除铁磁谐振的能力。或者电力系统可安装专门为此设计的“消谐电阻”，它能解决瞬间两端无电压，或微小电压不对称的问题。
结束语
随着电网的日趋发展，电力系统谐振过电压严重威胁着电网的安全，今后我们应深入研究铁磁谐振以及消谐措施，避免在电路中由于铁磁谐振事故降低电路运行的质量。
【参考文献】
[1] 王晓云，李宝树，庞承宗. 电力系统铁磁谐振研究现状分析 [J] . 电力科学与工程，2002 ， （4） ：49 - 51.
[2] 朱子述. 电力系统过电压. 上海交通大学出版社