铁磁谐振的基本原理（课堂PPT）

1、111.3 铁磁谐振的基本原理 电力系统含有大量含铁芯的电感，比如：变压器激磁电感、电磁式电压互感器、铁芯电抗器等； 含铁芯的电感，电感值随电压和电流而变化，不是一个常数。UI21. 1. 铁磁谐振铁磁谐振3ULUC4 谐振发生的必要条件：谐振发生的必要条件： L1/C 因为电感不是常数，所以谐振因为电感不是常数，所以谐振频率也不是常数；频率也不是常数； 工频谐振工频谐振 高频谐振高频谐振 分频谐振分频谐振5进入稳定谐振状态的条件：ULUCEUa1a2a3P6a a1 1, a, a2 2, a, a3 3工作点分析：工作点分析： a a1 1是稳定工作点，电路呈感性，电容、是稳定工作点，电路

2、呈感性，电容、电感电压较低，回路电流较小，是非电感电压较低，回路电流较小，是非谐振工作点。谐振工作点。 a a2 2是不稳定工作点，微小扰动可使工是不稳定工作点，微小扰动可使工作点偏离作点偏离a a2 2；7 a a3 3是稳定工作点，电路呈容性，电容是稳定工作点，电路呈容性，电容电感电压和电流急剧增大，电感电压和电流急剧增大，称为谐振称为谐振状态的工作点。状态的工作点。 为什么为什么P P点（点（L=1/CL=1/C）不是谐振点？）不是谐振点？ 因为因为P P点不是稳定工作点，回路将偏离点不是稳定工作点，回路将偏离P P点，最终工作点稳定在点，最终工作点稳定在a a3 3点。点。 因为因为a

3、 a3 3点已经出现谐振过电压和过电点已经出现谐振过电压和过电流，因此将流，因此将a a3 3称为谐振点。称为谐振点。8铁磁谐振的激发：EmnUI外电源E的增大超过m点后，回路电流从感性突变为容性，并进入谐振工作点n9分析结论：1）工作电压较低时，存在两个工作点a1和a3 ；2）工作电压超过一定值时，只存在一个工作点a3 ；3）存在两个工作点时，正常时处于a1工作点； 当出现剧烈过渡过程时，工作点可能越变到a3 ，激发谐振现象。10铁磁谐振的特点： 发生铁磁谐振的必要条件是L1/C； 满足必要条件前提下，回路存在不止一种工作状态，是否进入谐振状态，要看电源过渡过程剧烈程度； 铁磁谐振产生过电压

4、与过电流，且能自我保持；11 铁磁谐振的发生是因为铁磁元件的饱和。过电压受铁芯饱和和回路损耗的限制； 谐振频率不是常数，可以等于电源频率（50Hz）、可以为工频倍数（高次谐波）、可以为分数次谐波；12回路电阻（损耗）的影响：EmnUIR1R2R2 R1回路损耗阻碍了回路从正常工作点跃变到谐振点的过程。13高次谐波谐振基本现象： 以三次谐波为例，中性点出现较高三次谐波电压，与工频电压叠加。 往往使三相电压同时升高或一相升高。 较高的高次谐波谐振过电压可能引起电压互感器绝缘损坏或避雷器爆炸；14分数次谐波谐振基本现象： 不仅具有一定幅值的过电压，也会在电感线圈中出现极大的过电流倍数（可达额定电流的

5、几百倍以上）； 往往造成TV高压熔断器熔丝烧断、严重的烧毁TV； 因为频差，三相电压表出现低频摆动； 分频谐振常常发生在有串联补偿的电网中；15基波谐振基本现象： 中性点出现位移电压； 某一相电压数值降低，但不为零；其余两相对地电压升高，其值超过线电压，产生“虚幻接地”现象。 零序电压往往同时出现过电压；16小结： 铁磁谐振的发生是因为铁磁元件的饱和； 发生铁磁谐振的必要条件是L1/C； 电源出现剧烈扰动时，回路可能进入谐振状态； 谐振频率可以是工频、高次谐波和分次谐波； 回路损耗对谐振起到限制作用；17电力系统常见非线性谐振过电压 传递过电压 断线谐振过电压 电磁式电压互感器铁磁谐振过电压1

6、81.传递过电压 是一种线性谐振，但有时会激发铁磁谐振；19 电网出现不对称接地，断路器非全相电网出现不对称接地，断路器非全相或不同期操作时，中性点电压将显著或不同期操作时，中性点电压将显著增大；增大； 通过静电、电磁耦合，在不同绕组间通过静电、电磁耦合，在不同绕组间或相邻线路间发生电压传递现象；或相邻线路间发生电压传递现象； 在不利的参数配合下，出现线性串联在不利的参数配合下，出现线性串联谐振或铁磁谐振状态。谐振或铁磁谐振状态。20 防止传递过电压的方法：防止传递过电压的方法： 避免出现中性点位移电压，可尽避免出现中性点位移电压，可尽量使断路器三相同期动作，不出量使断路器三相同期动作，不出现

7、非全相操作；现非全相操作； 选择消弧线圈的脱谐度，错开串选择消弧线圈的脱谐度，错开串联谐振条件；联谐振条件；212.2.断线引起的谐振过电压断线引起的谐振过电压 电力系统中常见电力系统中常见基波铁磁谐振基波铁磁谐振。 断线谐振一般包括以下情况：断线谐振一般包括以下情况： 线路故障断线；线路故障断线； 断路器不同期合闸；断路器不同期合闸； 熔断器不同时熔断；熔断器不同时熔断； 只要电源侧或负荷侧有一侧中性点不接只要电源侧或负荷侧有一侧中性点不接地，可能组成复杂的非线性谐振回路，地，可能组成复杂的非线性谐振回路，出现谐振过电压。出现谐振过电压。22三相对称电源接有空载变压器三相对称电源接有空载变压

8、器23等值电路等值电路24戴维南等值电路发生基波铁磁谐振的必要条件：发生基波铁磁谐振的必要条件：C1L25防止断线谐振过电压的技术措施 保证断路器的三相同期动作；避免发生拒动；不采用熔断器； 加强线路的巡视和检修，预防发生断线； 断路器操作后又异常现象，可立即复原，并进行检查； 中性点接地电网中，操作中性点不接地的负载变压器时，应将变压器中性点临时接地。263.3.电磁式电压互感器饱和引起的电磁式电压互感器饱和引起的谐振过电压谐振过电压27等值接线 下面分析正常时和剧烈扰动时的TV上的电压和电流28分析结论：分析结论： 正常时，中性点电位等于零，回路呈正常时，中性点电位等于零，回路呈容性；容性

9、； 当出现剧烈扰动时，铁芯电感饱和；当出现剧烈扰动时，铁芯电感饱和； 当参数配合不当，发生串联谐振，在当参数配合不当，发生串联谐振，在中性点（对地电容）出现很高的电压；中性点（对地电容）出现很高的电压； 中性点位移，将引起中性点位移，将引起TV三相电压发三相电压发生变化生变化29限制谐振过电压的措施：1）选用励磁特性好的TV或用电容式电压互感器（CVT）；2）增大对地电容，使容抗(Xc)与感抗(XL)的比值小于0.01可避免谐振 。3）在出现谐振时，可临时投入线路，增大电容消除谐振；4）中性点可经消弧线圈接地。5）在零序回路中接入阻尼电阻。 TV开口三角绕组短时接入R； TV一次绕组中性点对地接入非线性消谐电阻；30开口三角接入阻尼电阻： 我国有关规程规定：R=0.4Xm Xm为互感器在线电压作用下，每相励磁感抗换算到开口三角绕组两端的电抗值； 35kV