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摘要：谐振过电压是电力系统最常见的异常现象之一，其实质是由于线路故障、倒闸操作、三相负荷严重不对称等，严重影响到电网、供用电设备及人身的安全，必须予以足够的重视和防范。
关键词：谐振 过电压 抑制措施
中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）32-031-01
1.引言
系统过电压往往会造成电气设备的损坏和大面积停电事故发生。根据多年的运行实践和案例分析得出，过电压事故大多数是由于谐振引起的，特别是在打雷、刮风、阴雨等特殊天气时，变电站35kV及以下电网发生间歇性接地的频率较高，当接地使得系统参数满足谐振条件时便会产生谐振过电压，谐振给电力系统造成破坏性的后果：使电网中的设备产生大量附加的谐波损耗，降低发电、输电、变电及用电设备的效率，影响各种电气设备的正常工作，严重时导致继电保护和自动装置误动作，以及对邻近的通信系统产生干扰，降低通信质量，甚至使其无法正常工作等。
2.谐振产生的原因分析
2.1谐振的类型。谐振过电压可分为线性谐振过电压、铁磁谐振过电压和参数谐振过电压三种，铁磁谐振又分为基波谐振、分次谐波谐振、高次谐波谐振。其中铁磁谐振过电压是小电流接地系统中最常见，且造成事故最多的一种内部过电压。
2.2谐振的物理和电气特点。谐振是一种稳态电气现象，它不仅会在操作或事故时的过渡过程中产生，而且还可能在过渡过程结束后长时间内稳定存在，直到发生新的操作，使谐振条件受到破坏为止，所以谐振过电压的持续时间比较长。然而无论是哪种谐振，其共同特征是引起系统电压升高，绝缘闪络或避雷器爆炸；或产生高值零序电压分量，出现瞬时接地现象；或在电压互感器中出现过电流，引起熔断器熔断或互感器烧坏。
线性谐振是电力系统中最简单的一种谐振形式，其特点是电感和电容都为恒定的常数，当电源中某次的谐振频率正好与电路的自振频率相等时，如果电阻为零，则谐振时电流为无限大，电压也为无限大。实际上电阻不可能是零，则可能出现额定电压K倍数的过电压。
铁磁谐振的特点是过电压有某一固定的数值，这个数值由电路的参数和电源电压大小来决定。各次谐波谐振不同特点主要在于：基波谐振时，一相电压降低，但不为零，另外两相电压升高，超过线电压，表针打到头，或两相电压降低，但不为零，一相电压升高，表针打到头；分次谐振时，三相电压依次升高，超过线电压，表针打到头，三相电压表针在同范围内低频摆动；高次谐振时，三相电压同时升高，超过线电压，表针打到头，也可能一相电压上升高于线电压，另两相电压下降。
参数谐振是由电感参数作周期性变化的电感元件和系统电容元件（如空载线路）组成回路，当参数配合时，通过电感的周期性变化，不断向谐振系统输送能量，形成参数谐振过电压。
2.3谐振产生的原因
目前，我国66kV及以下电网大部分采用中性点不接地方式运行，特别是使用中性点接地的电压互感器时铁心饱和引起的铁磁谐振过电压比较多，另外由于单相接地后允许运行两小时，随着电网的扩大，出线回路数增多、线路增长，对地电容电流亦大幅度增加，接地时电弧不能自动熄灭必然产生弧光过电压，当参数匹配时即产生谐振。
由运行经验得出：在正常运行中，若突然發生谐振过电压，一般是由于中性点不接地系统发生单相接地、单相断线或跳闸、三相负荷严重不对称等，达到了谐振条件；若在倒闸操作过程中发生谐振，可能是由于断路器非同期合闸或是断路器断口电容与母线上电压互感器耦合、切合空母线时恰好构成了谐振条件，从而引起铁磁谐振。
谐振即物理的简谐振动，物体的加速度在跟偏离平衡位置的位移成正比，且总是指向平衡位置的回复力的作用下的振动。其动力学方程式是F=-kx。谐振的现象是电流增大和电压减小，越接近谐振中心，电流表电压表功率表转动变化快，但是和短路的区别是不会出现零序量。
在物理学中，当策动力的频率和系统的固有频率相等时，系统受迫振动的振幅最大，这种现象叫共振。电路里的谐振其实也是这个意思：当电路中激励的频率等于电路的固有频率时，电路的电磁振荡的振幅也将达到峰值。实际上，共振和谐振表达的是同样一种现象。这种具有相同实质的现象在不同的领域里有不同的叫法而已。
谐振电路：由电感L和电容C组成的，可以在一个或若干个频率上发生谐振现象的电路，统称为谐振电路。在电子和无线电工程中，经常要从许多电信号中选取出我们所需要的电信号，而同时把我们不需要的电信号加以抑制或滤出，为此就需要有一个选择电路，即谐振电路。另一方面，在电力工程中，有可能由于电路中出现谐振而产生某些危害，例如过电压或过电流。所以，对谐振电路的研究，无论是从利用方面，或是从限制其危害方面来看，都有重要意义。
谐振与谐振条件：由电感L和电容C串联而组成的谐振电路称为串联谐振电路，如图所示。其中R为电路的总电阻，即R=RL+RC，RL和RC分别为电感元件与电容元件的电阻；Us 为电压源电压，ω为电源角频率。该电路的输入阻抗为
其中X=ωL-1/ωC。故得Z的模和幅角分别为
由式（9-1-2）可见，当X=ωL-1/ωC=0时，即有φ=0，即Xl与Xc相同。此时我们就说电路发生了谐振。而电路达到谐振的条件即为 X=ωL-1/ωC=0
谐振频率：由式 X=ωL-1/ωC=0 可得
ω0称为电路的固有谐振角频率，简称谐振角频率，因为它只由电路本身的参数L，C所决定。电路的谐振频率则为X=1/2π√LC
谐振阻抗，特征阻抗与品质因数
电路在谐振时的输入阻抗称为谐振阻抗，用Z0表示。由于谐振时的电抗X=0，故得谐振阻抗为 Z0=R
可见Z0为纯电阻，其值为最小。
谐振时的感抗XL0和容抗XC0称为电路的特征阻抗，用ρ表示。即 可见ρ只与电路参数L，C有关，而与ω无关，且有XL0=XC0。
品因数用Q表示，定义为特征阻抗ρ与电路的总电阻R之比，即
Q=ρ/R=XL0/R=XC0/R
在电子工程中，Q值一般在10-500之间。由上式可得
ρ=XL0=XC0=QR
故可得谐振阻抗的又一表示式：Z0=R=ρ/Q
在电路分析中一般多采用电路元件的品质因数。电感元件与电容元件的品质因数分别定义为
即电路的品质因数Q，实际上可认为就是电感元件的品质因数QL。以后若提到品质因数Q，今指QL。
3.谐振的抑制措施
3.1严格执行操作规程
在运行方式安排上和倒闸操作过程中，防止断路器断口电容、空载母线与母线PT构成串联谐振回路，它包括两个方面：一是避免用带断口电容的断路器切带电磁式电压互感器的空载母线，二是避免用带断口电容的回路刀闸对带电磁式电压互感器的空载母线进行合闸操作。具体可采用下述方式来实现：在切空母线时，应先拉开电压互感器，对母线断电；在投空母线时，先断开被送母线电压互感器，对母线送电，再合母线电压互感器。
3.2 消除固有谐振条件
增加母线对地电容或减少系统中电压互感器中性点接地的台数，从而减少自振固有频率，避免系统发生母线铁磁谐振过电压，如采用电容式电压互感器等；提高断路器动作的同期性，由于许多谐振过电压是在非全相运行条件下引起的，因此提高断路器动作的同期性，防止非全相运行，可以有效抑制谐振过电压的发生；35kV系统中性点经消弧线圈（加装消谐电阻）接地，并在过补偿方式下运行；尽量减少系统并联运行的电压互感器台数；凡是6—35kV母线分段的变电所，若母线经常不分段运行，应将一组电压互感器退出作为备用，电力客户的6—10kV电压互感器一次侧中性点一律为不接地运行，6—35kV一次侧中性点串联阻尼电阻或二次侧开口三角形绕组并联阻尼电阻或消谐器；在并联高压电抗器中性点加装小电抗；增投线路；若变电站有一臺以上数目的主变，可视具体运行情况将原本并列（分列）运行的变压器分列（并列）；母线并解列。
3.3人员培训
加强对相关专业知识的培训，掌握了解一些系统过电压产生的条件及特征，在系统发生异常时，能够及时采取正确的消谐措施，避免系统异常发展成为事故。
4.结束语
谐振过电压是危害电网安全运行的隐形杀手，如果我们能够充分认识到它的危险性，并且在运行中多观察、操作前勤思量、谐振初期积极采取正确的措施，破坏谐振条件，就可有效避免谐振过电压发展造成事故。因此，强化岗位责任、加强业务学习，掌握谐振过电压的特征及抑制措施势在必行。
关键词：谐振 过电压 抑制措施
中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）32-031-01
1.引言
系统过电压往往会造成电气设备的损坏和大面积停电事故发生。根据多年的运行实践和案例分析得出，过电压事故大多数是由于谐振引起的，特别是在打雷、刮风、阴雨等特殊天气时，变电站35kV及以下电网发生间歇性接地的频率较高，当接地使得系统参数满足谐振条件时便会产生谐振过电压，谐振给电力系统造成破坏性的后果：使电网中的设备产生大量附加的谐波损耗，降低发电、输电、变电及用电设备的效率，影响各种电气设备的正常工作，严重时导致继电保护和自动装置误动作，以及对邻近的通信系统产生干扰，降低通信质量，甚至使其无法正常工作等。
2.谐振产生的原因分析
2.1谐振的类型。谐振过电压可分为线性谐振过电压、铁磁谐振过电压和参数谐振过电压三种，铁磁谐振又分为基波谐振、分次谐波谐振、高次谐波谐振。其中铁磁谐振过电压是小电流接地系统中最常见，且造成事故最多的一种内部过电压。
2.2谐振的物理和电气特点。谐振是一种稳态电气现象，它不仅会在操作或事故时的过渡过程中产生，而且还可能在过渡过程结束后长时间内稳定存在，直到发生新的操作，使谐振条件受到破坏为止，所以谐振过电压的持续时间比较长。然而无论是哪种谐振，其共同特征是引起系统电压升高，绝缘闪络或避雷器爆炸；或产生高值零序电压分量，出现瞬时接地现象；或在电压互感器中出现过电流，引起熔断器熔断或互感器烧坏。
线性谐振是电力系统中最简单的一种谐振形式，其特点是电感和电容都为恒定的常数，当电源中某次的谐振频率正好与电路的自振频率相等时，如果电阻为零，则谐振时电流为无限大，电压也为无限大。实际上电阻不可能是零，则可能出现额定电压K倍数的过电压。
铁磁谐振的特点是过电压有某一固定的数值，这个数值由电路的参数和电源电压大小来决定。各次谐波谐振不同特点主要在于：基波谐振时，一相电压降低，但不为零，另外两相电压升高，超过线电压，表针打到头，或两相电压降低，但不为零，一相电压升高，表针打到头；分次谐振时，三相电压依次升高，超过线电压，表针打到头，三相电压表针在同范围内低频摆动；高次谐振时，三相电压同时升高，超过线电压，表针打到头，也可能一相电压上升高于线电压，另两相电压下降。
参数谐振是由电感参数作周期性变化的电感元件和系统电容元件（如空载线路）组成回路，当参数配合时，通过电感的周期性变化，不断向谐振系统输送能量，形成参数谐振过电压。
2.3谐振产生的原因
目前，我国66kV及以下电网大部分采用中性点不接地方式运行，特别是使用中性点接地的电压互感器时铁心饱和引起的铁磁谐振过电压比较多，另外由于单相接地后允许运行两小时，随着电网的扩大，出线回路数增多、线路增长，对地电容电流亦大幅度增加，接地时电弧不能自动熄灭必然产生弧光过电压，当参数匹配时即产生谐振。
由运行经验得出：在正常运行中，若突然發生谐振过电压，一般是由于中性点不接地系统发生单相接地、单相断线或跳闸、三相负荷严重不对称等，达到了谐振条件；若在倒闸操作过程中发生谐振，可能是由于断路器非同期合闸或是断路器断口电容与母线上电压互感器耦合、切合空母线时恰好构成了谐振条件，从而引起铁磁谐振。
谐振即物理的简谐振动，物体的加速度在跟偏离平衡位置的位移成正比，且总是指向平衡位置的回复力的作用下的振动。其动力学方程式是F=-kx。谐振的现象是电流增大和电压减小，越接近谐振中心，电流表电压表功率表转动变化快，但是和短路的区别是不会出现零序量。
在物理学中，当策动力的频率和系统的固有频率相等时，系统受迫振动的振幅最大，这种现象叫共振。电路里的谐振其实也是这个意思：当电路中激励的频率等于电路的固有频率时，电路的电磁振荡的振幅也将达到峰值。实际上，共振和谐振表达的是同样一种现象。这种具有相同实质的现象在不同的领域里有不同的叫法而已。
谐振电路：由电感L和电容C组成的，可以在一个或若干个频率上发生谐振现象的电路，统称为谐振电路。在电子和无线电工程中，经常要从许多电信号中选取出我们所需要的电信号，而同时把我们不需要的电信号加以抑制或滤出，为此就需要有一个选择电路，即谐振电路。另一方面，在电力工程中，有可能由于电路中出现谐振而产生某些危害，例如过电压或过电流。所以，对谐振电路的研究，无论是从利用方面，或是从限制其危害方面来看，都有重要意义。
谐振与谐振条件：由电感L和电容C串联而组成的谐振电路称为串联谐振电路，如图所示。其中R为电路的总电阻，即R=RL+RC，RL和RC分别为电感元件与电容元件的电阻；Us 为电压源电压，ω为电源角频率。该电路的输入阻抗为
其中X=ωL-1/ωC。故得Z的模和幅角分别为
由式（9-1-2）可见，当X=ωL-1/ωC=0时，即有φ=0，即Xl与Xc相同。此时我们就说电路发生了谐振。而电路达到谐振的条件即为 X=ωL-1/ωC=0
谐振频率：由式 X=ωL-1/ωC=0 可得
ω0称为电路的固有谐振角频率，简称谐振角频率，因为它只由电路本身的参数L，C所决定。电路的谐振频率则为X=1/2π√LC
谐振阻抗，特征阻抗与品质因数
电路在谐振时的输入阻抗称为谐振阻抗，用Z0表示。由于谐振时的电抗X=0，故得谐振阻抗为 Z0=R
可见Z0为纯电阻，其值为最小。
谐振时的感抗XL0和容抗XC0称为电路的特征阻抗，用ρ表示。即 可见ρ只与电路参数L，C有关，而与ω无关，且有XL0=XC0。
品因数用Q表示，定义为特征阻抗ρ与电路的总电阻R之比，即
Q=ρ/R=XL0/R=XC0/R
在电子工程中，Q值一般在10-500之间。由上式可得
ρ=XL0=XC0=QR
故可得谐振阻抗的又一表示式：Z0=R=ρ/Q
在电路分析中一般多采用电路元件的品质因数。电感元件与电容元件的品质因数分别定义为
即电路的品质因数Q，实际上可认为就是电感元件的品质因数QL。以后若提到品质因数Q，今指QL。
3.谐振的抑制措施
3.1严格执行操作规程
在运行方式安排上和倒闸操作过程中，防止断路器断口电容、空载母线与母线PT构成串联谐振回路，它包括两个方面：一是避免用带断口电容的断路器切带电磁式电压互感器的空载母线，二是避免用带断口电容的回路刀闸对带电磁式电压互感器的空载母线进行合闸操作。具体可采用下述方式来实现：在切空母线时，应先拉开电压互感器，对母线断电；在投空母线时，先断开被送母线电压互感器，对母线送电，再合母线电压互感器。
3.2 消除固有谐振条件
增加母线对地电容或减少系统中电压互感器中性点接地的台数，从而减少自振固有频率，避免系统发生母线铁磁谐振过电压，如采用电容式电压互感器等；提高断路器动作的同期性，由于许多谐振过电压是在非全相运行条件下引起的，因此提高断路器动作的同期性，防止非全相运行，可以有效抑制谐振过电压的发生；35kV系统中性点经消弧线圈（加装消谐电阻）接地，并在过补偿方式下运行；尽量减少系统并联运行的电压互感器台数；凡是6—35kV母线分段的变电所，若母线经常不分段运行，应将一组电压互感器退出作为备用，电力客户的6—10kV电压互感器一次侧中性点一律为不接地运行，6—35kV一次侧中性点串联阻尼电阻或二次侧开口三角形绕组并联阻尼电阻或消谐器；在并联高压电抗器中性点加装小电抗；增投线路；若变电站有一臺以上数目的主变，可视具体运行情况将原本并列（分列）运行的变压器分列（并列）；母线并解列。
3.3人员培训
加强对相关专业知识的培训，掌握了解一些系统过电压产生的条件及特征，在系统发生异常时，能够及时采取正确的消谐措施，避免系统异常发展成为事故。
4.结束语
谐振过电压是危害电网安全运行的隐形杀手，如果我们能够充分认识到它的危险性，并且在运行中多观察、操作前勤思量、谐振初期积极采取正确的措施，破坏谐振条件，就可有效避免谐振过电压发展造成事故。因此，强化岗位责任、加强业务学习，掌握谐振过电压的特征及抑制措施势在必行。