Question

什么是传递过电压引起的铁磁谐振过电压？

Answer 1

消弧和消谐的工作原理是不一样的。消弧是指当母线发生单相金属接地时消弧装置动作使金属接地通过消弧装置动作的真空接触器直接接地，有利于母线保护动作、这样可以避免谐波的产生。消谐主要是消除二次谐波以及高次谐波，有利于电网的安全运行。 正常运行时，消弧线圈中无电流通过。而当电网受到雷击或发生单相电弧性接地时，中性点电位将上升到相电压，这时流经消弧线圈的电感性电流与单相接地的电容性故障电流相互抵消，使故障电流得到补偿，补偿后的残余电流变得很小，不足以维持电弧，从而自行熄灭。这样，就可使接地迅速消除而不致引起过电压。

消弧线圈主要是由带气隙的铁芯和套在铁芯上的绕组组成，它们被放在充满变压器油的油箱内。绕组的电阻很小，电抗很大。消弧线圈的电感可用改变接入绕组的匝数加以调节。在正常运行状态下，由于系统中性点的电压是三相不对称电压，数值很小，所以通过消弧线圈的电流也很小，电弧可能自动熄灭。
一般采用过补偿方式，就是电感电流略大于电容电流。消弧线圈是一种带铁芯的电感线圈。它接于变压器（或发电机）的中性点与大地之间，构成消弧线圈接地系统。正常运行时，消弧线圈中无电流通过。而当电网受到雷击或发生单相电弧性接地时，中性点电位将上升到相电压，这时流经消弧线圈的电感性电流与单相接地的电容性故障电流相互抵消，使故障电流得到补偿，补偿后的残余电流变得很小，不足以维持电弧，从而自行熄灭。这样，就可使接地迅速消除而不致引起过电压。

长期以来，我国6～35KV(含66KV)的电网大多采用中性点不接地的运行方式。此类运行方式的电网在发生单相接地时，故障相对地电压降为零，非故障相的对地电压将升高到线电压（UL），但系统的线电压维持不变。因此国家标准规定这类电网在发生单相接地故障后允许短时间（2小时）带故障运行，所以大大提高了该类电网的供电的可靠性。现有的运行规程规定：“中性点非有效接地系统发生单相接地故障后，允许运行两小时”，但规程未对“单相接地故障”的概念加以明确界定。

如果单相接地故障为金属性接地，则故障相的电压降为零，其余两健全相对地电压升高至线电压，这类电网的电气设备在正常情况下都应能承受这种过电压而不损坏。但是，如果单相接地故障为弧光接地，则会在系统中产生最高值达3.5倍相电压的过电压，这样高的过电压如果数小时作用于电网，势必会造成电气设备内绝缘的积累性损伤，如果在健全相的绝缘薄弱环节造成绝缘对地击穿，将会引发成相间短路的重大事故。

中性点不接地的高压电网中，单相接地电容电流的危害主要体现在以下四个方面：
1）弧光接地过电压的危害
当电容电流一旦过大，接地点电弧不能自行熄灭。当出现间歇性电弧接地时，产生弧光接地过电压，这种过电压可达相电压的3~5倍或更高，它遍布于整个电网中，并且持续时间长，可达几个小时，它不仅击穿电网中的绝缘薄弱环节，而且对整个电网绝缘都有很大的危害。

2）造成接地点热破坏及接地网电压升高
单相接地电容电流过大，使接地点热效应增大，对电缆等设备造成热破坏，该电流流入大地后由于接地电阻的原因，使整个接地网电压升高，危害人身安全。
3）交流杂散电流危害
电容电流流入大地后，在大地中形成杂散电流，该电流可能产生火花，引燃瓦斯爆炸等，可能造成雷管先期放炮，并且腐蚀水管、气管等。
4）接地电弧引起瓦斯煤尘爆炸
消弧线圈的作用：
电网安装消弧线圈后，发生单相接地时消弧线圈产生电感电流，该电感电流补偿因单相接地而形成的电容电流，使得接地电流减小，同时使得故障相恢复电压速度减小，治理电容电流过大所造成的危害。同时由于消弧线圈的嵌位作用，它可以有效的防止铁磁谐振过电压的发生概率。
消弧线圈接地方式存在的一些问题：
1）单相接地故障时，非故障相对地电压升高到3 相电压以上，持续时间长、波及全系统设备，可能引起第二点绝缘击穿，引起事故扩大事故。
2）消弧线圈不能补偿谐波电流，有些城市电网谐波电流占的比例达5%-15%，仅谐波电流就可能远大于10A，仍然可能发生弧光接地过电压。

3）对于电容电流很大的配电网，如果通过补偿要使单相接地故障电流Ijd<10A，就必须使系统保持较小的脱谐度，系统的脱谐度过小，对由于三相电容不对称引起的中性点位移电压会产生较强的放大作用，使中性点电压偏移超过规程允许值(<15%Un)，保护将发出接地故障信号。
另外脱谐度太小，系统运行在接近谐振补偿状态，将给系统运行带来极大的潜在危险（谐振过电压）；要保证中性点位移电压不超过规程允许值，就要增大脱谐度，然而，脱谐度过大，将导致残余接地电流太大(Ijd>10A)，又可能引起间歇性弧光接地过电压。很难保证既使残余接地电流Ijd<10A，又保证中性点位移电压不超过规程允许值这两个相互制约的条件。
4）消弧线圈的调节范围受到调节容量限制，调节容量与额定之比一般为1/2，如按终期要求选择，工程初期系统电容电流小，消弧线圈的最小补偿电流偏大，可能投不上；如按工程初期的要求选择，工程终期系统电容电流大，消弧线圈的最大补偿电流又偏小，也不能满足合理补偿的要求。
5）在运行中，消弧线圈各分接头的标称电流和实际电流会出现较大误差，运行中就发生过由于实际电流与名牌电流误差较大而导致谐振的现象。
6）由于系统的运行方式及系统电压经常变化，系统的电容电流经常变化，跟踪补偿困难。目前的自动跟踪补偿装置呈百花齐放的景象，实际运行考验时间较短，运行情况还不理想。而且价格高、结构复杂、维护量大，不适应无人值班变电站的要求。
7）由于上述原因，中性点经消弧线圈接地仅能降低弧光接地过电压的概率，不能消除弧光接地过电压，也不能降低弧光接地过电压的幅值，弧光过电压倍数也很高。
8）寻找单相接地故障线路困难，目前许多小电流接地选线方法的选线成功率还不理想，往往还要采用试拉法。
9）采用试拉法时，既造成非故障线路短时停电，又会引起操作过电压。
10）系统谐振过电压高，谐振过电压持续时间长并波及全系统设备，常造成PT烧坏、或PT熔断器熔断。武高所和广州供电局在区庄变电站试验中测得1/2分频谐振过电压达2PU ，测得由合闸操作激发的3次高频谐振过电压达4PU，测得A相导线断线并接地于负荷侧时，谐振过电压值为3.8PU。。
11）电缆排管或电缆隧道内的电缆发生单相接地时，不及时断开故障线路，可能引起火灾，上海某35KV系统电缆就发生过单相接地一小时后引起火灾，烧毁电缆隧道中40多条电缆的重大事故。

12）寻找故障线路时间较长，在带接地故障运行期间，容易引起人身触电事故。
13）单相接地时，非故障相电压升高至线电压或更高，在不能及时检出故障点的情况下，无间隙金属氧化物（MOA）避雷器长时间在线电压下运行，容易损坏甚至爆炸。弧光接地过电压、谐振过电压幅值高、持续时间长，MOA由于动作负载问题，一般不要求WGMOA系统内过电压，不能有效利用MOA的优良特性，不利于MOA在配电网的推广使用。
以电缆线路为主的配电网的特点：
1）单位长度的电缆线路的电容电流比架空线路电容电流大10几倍，以电缆为主的城市电网对地电容电流很大。
2）电缆线路受外界环境条件（雷电、外力、树木、大风等）影响小，瞬时接地故障很少，接地故障一般都是永久性故障。
3）电缆线路发生接地故障时，接地电弧为封闭性电弧，电弧不易自行熄灭，如不及时跳闸，很容易造成相间短路，扩大事故。

4）电缆为弱绝缘设备。例如，10kV交联聚乙稀电缆的一分钟工频耐压为28KV ，而一般10kV 配电设备的绝缘水平为42kV 。在消弧线圈接地系统中，由于查找故障点时间较长，电缆长时间承受工频或暂态过电压作用，易发展成相间故障，造成一线或多线跳闸。
5）在电缆线路中，高频振荡电流幅值大衰减慢，高频振荡电流远大于工频电流，在工频电流过零时高频振荡电流仍然有很大的幅值，维持弧光燃烧取决于高频振荡电流衰减的快慢和工频电流，消弧线圈不能补偿高频振荡电流，又由于在电缆线路中消弧线圈补偿后的残流大，消弧线圈在电缆线路中不能消弧。
PT谐振：
（1）PT谐振 PT谐振对于yo/yo电磁式PT，在正常情况下线路发生单相接地不会出现铁磁谐振过电压，但在下列条件下，就可能引发铁磁谐振。
1）对于中性点不接地系统，当系统发生单相接地时，故障点流过电容电流，未接地的两相相电压升高3倍。但是，一旦接地故障点消除，非接地相在接地故障期间已充的线电压电荷只能通过PT高压线圈经其自身的接地点流入大地，在这一瞬间电压突变过程中，PT高压线圈的非接地两相的励磁电流就要突然增大，甚至饱和，由此构成相间串联谐振。
2）系统发生铁磁谐振。近年来，由于配电线路用户PT、电子控制电焊机、调速电机等数量的增加，使得10kV配电系统的电气参数发生了很大的变化，导致谐振的频繁出现。在系统谐振时，PT将产生过电压使电流激增，此时除了造成一次侧熔断器熔断外，还将导致PT烧毁。个别情况下，还会引起避雷器、变压器、断路器的套管发生闪络或爆炸。

3）线路检修，事先不向调度部门申请办理停电手续，随意带负荷拉开分支线路隔离刀闸或带负荷拉开配电变压器的高压跌落开关，造成刀闸间弧光短路而引发谐振。
4）当配电变压器内部发生单相接地故障时，故障电流将通过抗电能力强的绝缘油对地放电，也会产生不稳定的电弧激发电网谐振。
5）运行人员送电操作程序不对，未拉开PT高压侧刀闸就直接带PT向空母线送电，引起PT铁磁谐振。
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来源：网络

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Answer 2

当高压线路中发生不对称接地或断路器的不同期操作时，将会出现零序电压和零序电流分量，通过静电和电磁耦合，能在近旁的低压平行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），则有可能产生铁磁谐振过电压。

Answer 3

系统的中性点不接地系统，当系统遭到一定程度的冲击扰动，从而激发起铁磁共振现象。由于对地电容和互感器的参数不同，可能产生三种频率的共振：基波共振、高次谐波共振和分频谐波共振。各种共振的表现形式如下：
基波共振。系统二相对地电压升高，一相对地电压降低。中性点对地电压(可由互感器辅助绕组测得电压)略高于相电压，类似单相接地，或者是二相对地电压降低，一相对地电压升高，中性点有电压，以前者为常见。
分频谐波共振，三相电压同时升高，中性点有电压，这时电压互感器一次电流可达正常额定电流的30～50倍以致更高。中性点电压频率大多数低于1/2工频。
高次谐波共振，三相电压同时升高，中性点有较高电压，频率主要是三次谐波。
在正常运行条件下，励磁电感L1=L2=L3=L0，故各相对地导纳Y1=Y2=Y3=Y0，三相对地负荷是平衡的，电网的中性点处于零电位，即不发生位移现象。
但是，当电网发生冲击扰动时，如开关突然合闸，或线路中发生瞬间弧光接地现象等，都可能使一相或两相对地电压瞬间升高。如果由于扰动导致A相对地电压瞬间升高，这使得A相互感器的励磁电流突然增大而发生饱和，其等值励磁电感L1相应减小，以致Y1≠Y0，这样，三相对地负荷变成不平衡了，中性点就发生位移电压。如果有关参数配合得当，对地三相回路中的自振频率接近于电源频率，这就产生了严重的串联谐振现象，中性点的位移电压(零序电压)急剧上升。
三相导线的对地电压UA、UB、UC等于各相电源电势与移位电压的向量和，当移位电压较低时向量迭加的结果可能使一相对地电压升高，另外两相则降低；也可能使两相对地电压升高，另一相降低。一般以后者为常见，这就是基波谐振的表现形式。
电压互感器的一组二次侧绕组往往接成开口三角形式，当线路发生单相接地时，电力网的零序电压(即中性点位移电压)就按比例关系感应至开口三角绕组的两端，使信号装置发出接地指示。显然在发生上述铁磁谐振现象时，位移电压同样会反映至开口三角绕组的两端，从而发生虚幻接地信号，造成值班人员的错觉。
由模拟试验中得出，分次谐波谐振时过电压并不高，而电压互感器电流极大，可达额定电流的30～50倍，所以常常使电压互感器因过热而爆炸。基波谐振时过电流并不大，而过电压较高。高次谐波谐振时，一般电流不大，过电压很高，经常使设备绝缘损坏。
三次谐波电压的产生可以认为是由电压互感器的激磁饱和所引起的。如中性点绝缘的电源对三相非线性电感供电。由于未构成三次谐波电流的通路，故各相中出现三次谐波电压，并在辅助绕组开口三角处产生各相三次谐波电压合成电压。当不大的对地电容与互感器并联形成振荡回路，其振荡回路的固有频率为适当数值时将引起甚高的三次谐波过电压。三次谐波共振的发生，需要足够高的运行电压，因为电压低时互感器饱和甚微，它所含的三次谐波将极校基频情况下的电压升高，是因为随铁心电感饱和程度不同，合成导纳可能呈电容性或电感性。回路中电流变化时，合成导纳的数值和相位将显著变化，显然随三相线路各相中电压电流数值不同，各相合成导纳的数值和相位差别将很大，因而引起中性点位移，并使某些相电压升高。
在分次谐波谐振时，三相电压同时升高；在基波谐振时，两相电压升高，一相电压降低；在三次谐波谐振时三相电压同时升高。