11.3 鐵磁諧振的基本原理

11.3鐵磁諧振的基本原理電力系統(tǒng)含有大量含鐵芯的電感，比如：變壓器激磁電感、電磁式電壓互感器、鐵芯電抗器等；含鐵芯的電感，電感值隨電壓和電流而變化，不是一個(gè)常數(shù)。UI11.3鐵磁諧振的基本原理1.鐵磁諧振11.3鐵磁諧振的基本原理ULUC11.3鐵磁諧振的基本原理諧振發(fā)生的必要條件：

ωL>1/ωC因?yàn)殡姼胁皇浅?shù)，所以諧振頻率也不是常數(shù)；工頻諧振高頻諧振分頻諧振11.3鐵磁諧振的基本原理進(jìn)入穩(wěn)定諧振狀態(tài)的條件：ULUCE?Ua1a2a3P11.3鐵磁諧振的基本原理a1,a2,a3工作點(diǎn)分析：a1是穩(wěn)定工作點(diǎn)，電路呈感性，電容、電感電壓較低，回路電流較小，是非諧振工作點(diǎn)。a2是不穩(wěn)定工作點(diǎn)，微小擾動(dòng)可使工作點(diǎn)偏離a2；11.3鐵磁諧振的基本原理a3是穩(wěn)定工作點(diǎn)，電路呈容性，電容電感電壓和電流急劇增大，稱為諧振狀態(tài)的工作點(diǎn)。為什么P點(diǎn)（ωL=1/ωC）不是諧振點(diǎn)？因?yàn)镻點(diǎn)不是穩(wěn)定工作點(diǎn)，回路將偏離P點(diǎn)，最終工作點(diǎn)穩(wěn)定在a3點(diǎn)。因?yàn)閍3點(diǎn)已經(jīng)出現(xiàn)諧振過電壓和過電流，因此將a3稱為諧振點(diǎn)。11.3鐵磁諧振的基本原理鐵磁諧振的激發(fā)：Emn?UI外電源E的增大超過m點(diǎn)后，回路電流從感性突變?yōu)槿菪?，并進(jìn)入諧振工作點(diǎn)n11.3鐵磁諧振的基本原理分析結(jié)論：1）工作電壓較低時(shí)，存在兩個(gè)工作點(diǎn)a1和a3

；2）工作電壓超過一定值時(shí)，只存在一個(gè)工作點(diǎn)a3

；3）存在兩個(gè)工作點(diǎn)時(shí)，正常時(shí)處于a1工作點(diǎn)；當(dāng)出現(xiàn)劇烈過渡過程時(shí)，工作點(diǎn)可能越變到a3

，激發(fā)諧振現(xiàn)象。11.3鐵磁諧振的基本原理鐵磁諧振的特點(diǎn)：發(fā)生鐵磁諧振的必要條件是ωL>1/ωC；滿足必要條件前提下，回路存在不止一種工作狀態(tài)，是否進(jìn)入諧振狀態(tài)，要看電源過渡過程劇烈程度；鐵磁諧振產(chǎn)生過電壓與過電流，且能自我保持；11.3鐵磁諧振的基本原理鐵磁諧振的發(fā)生是因?yàn)殍F磁元件的飽和。過電壓受鐵芯飽和和回路損耗的限制；諧振頻率不是常數(shù)，可以等于電源頻率（50Hz）、可以為工頻倍數(shù)（高次諧波）、可以為分?jǐn)?shù)次諧波；11.3鐵磁諧振的基本原理回路電阻（損耗）的影響：Emn?UIR1R2R2>R1回路損耗阻礙了回路從正常工作點(diǎn)躍變到諧振點(diǎn)的過程。11.3鐵磁諧振的基本原理高次諧波諧振基本現(xiàn)象：以三次諧波為例，中性點(diǎn)出現(xiàn)較高三次諧波電壓，與工頻電壓疊加。往往使三相電壓同時(shí)升高或一相升高。較高的高次諧波諧振過電壓可能引起電壓互感器絕緣損壞或避雷器爆炸；11.3鐵磁諧振的基本原理分?jǐn)?shù)次諧波諧振基本現(xiàn)象：不僅具有一定幅值的過電壓，也會(huì)在電感線圈中出現(xiàn)極大的過電流倍數(shù)（可達(dá)額定電流的幾百倍以上）；往往造成TV高壓熔斷器熔絲燒斷、嚴(yán)重的燒毀TV；因?yàn)轭l差，三相電壓表出現(xiàn)低頻擺動(dòng)；分頻諧振常常發(fā)生在有串聯(lián)補(bǔ)償?shù)碾娋W(wǎng)中；11.3鐵磁諧振的基本原理基波諧振基本現(xiàn)象：中性點(diǎn)出現(xiàn)位移電壓；某一相電壓數(shù)值降低，但不為零；其余兩相對(duì)地電壓升高，其值超過線電壓，產(chǎn)生“虛幻接地”現(xiàn)象。零序電壓往往同時(shí)出現(xiàn)過電壓；11.3鐵磁諧振的基本原理小結(jié)：鐵磁諧振的發(fā)生是因?yàn)殍F磁元件的飽和；發(fā)生鐵磁諧振的必要條件是ωL>1/ωC；電源出現(xiàn)劇烈擾動(dòng)時(shí)，回路可能進(jìn)入諧振狀態(tài)；諧振頻率可以是工頻、高次諧波和分次諧波；回路損耗對(duì)諧振起到限制作用；11.3鐵磁諧振的基本原理電力系統(tǒng)常見非線性諧振過電壓傳遞過電壓斷線諧振過電壓電磁式電壓互感器鐵磁諧振過電壓11.3鐵磁諧振的基本原理1.傳遞過電壓是一種線性諧振，但有時(shí)會(huì)激發(fā)鐵磁諧振；11.3鐵磁諧振的基本原理電網(wǎng)出現(xiàn)不對(duì)稱接地，斷路器非全相或不同期操作時(shí)，中性點(diǎn)電壓將顯著增大；通過靜電、電磁耦合，在不同繞組間或相鄰線路間發(fā)生電壓傳遞現(xiàn)象；在不利的參數(shù)配合下，出現(xiàn)線性串聯(lián)諧振或鐵磁諧振狀態(tài)。11.3鐵磁諧振的基本原理防止傳遞過電壓的方法：避免出現(xiàn)中性點(diǎn)位移電壓，可盡量使斷路器三相同期動(dòng)作，不出現(xiàn)非全相操作；選擇消弧線圈的脫諧度，錯(cuò)開串聯(lián)諧振條件；11.3鐵磁諧振的基本原理2.斷線引起的諧振過電壓電力系統(tǒng)中常見基波鐵磁諧振。斷線諧振一般包括以下情況：線路故障斷線；斷路器不同期合閘；熔斷器不同時(shí)熔斷；只要電源側(cè)或負(fù)荷側(cè)有一側(cè)中性點(diǎn)不接地，可能組成復(fù)雜的非線性諧振回路，出現(xiàn)諧振過電壓。11.3鐵磁諧振的基本原理三相對(duì)稱電源接有空載變壓器11.3鐵磁諧振的基本原理等值電路11.3鐵磁諧振的基本原理戴維南等值電路發(fā)生基波鐵磁諧振的必要條件：11.3鐵磁諧振的基本原理防止斷線諧振過電壓的技術(shù)措施保證斷路器的三相同期動(dòng)作；避免發(fā)生拒動(dòng)；不采用熔斷器；加強(qiáng)線路的巡視和檢修，預(yù)防發(fā)生斷線；斷路器操作后又異?，F(xiàn)象，可立即復(fù)原，并進(jìn)行檢查；中性點(diǎn)接地電網(wǎng)中，操作中性點(diǎn)不接地的負(fù)載變壓器時(shí)，應(yīng)將變壓器中性點(diǎn)臨時(shí)接地。11.3鐵磁諧振的基本原理3.電磁式電壓互感器飽和引起的諧振過電壓11.3鐵磁諧振的基本原理等值接線下面分析正常時(shí)和劇烈擾動(dòng)時(shí)的TV上的電壓和電流11.3鐵磁諧振的基本原理分析結(jié)論：正常時(shí)，中性點(diǎn)電位等于零，回路呈容性；當(dāng)出現(xiàn)劇烈擾動(dòng)時(shí)，鐵芯電感飽和；當(dāng)參數(shù)配合不當(dāng)，發(fā)生串聯(lián)諧振，在中性點(diǎn)（對(duì)地電容）出現(xiàn)很高的電壓；中性點(diǎn)位移，將引起TV三相電壓發(fā)生變化11.3鐵磁諧振的基本原理限制諧振過電壓的措施：1）選用勵(lì)磁特性好的TV或用電容式電壓互感器（CVT）；2）增大對(duì)地電容，使容抗(Xc)與感抗(XL)的比值小于0.01可避免諧振

。3）在出現(xiàn)諧振時(shí)，可臨時(shí)投入線路，增大電容消除諧振；4）中性點(diǎn)可經(jīng)消弧線圈接地。5）在零序回路中接入阻尼電阻。

TV開口三角繞組短時(shí)接入R；

TV一次繞組中性點(diǎn)對(duì)地接入非線性消諧電阻；11.3鐵磁諧振的基本原理開口三角接入阻尼電阻：我國(guó)有關(guān)規(guī)程規(guī)定：R<=0.4XmXm為互感器在線電壓作用下，每相勵(lì)磁感抗換算到開口三角繞組兩端的電抗值；35kV及以下，可在開口處接白熾燈、35kV一般接入500~1000W6~10kV一般接入200~600W11.3鐵磁諧振的基本原理中性點(diǎn)接入消諧