铁磁谐振的基本原理

1、.,11.3 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。,.,1. 铁磁谐振,.,UL,UC,.,谐振发生的必要条件： L1/C 因为电感不是常数，所以谐振频率也不是常数； 工频谐振 高频谐振 分频谐振,.,进入稳定谐振状态的条件：,UL,UC,U,a1,a2,a3,P,.,a1, a2, a3工作点分析：,a1是稳定工作点，电路呈感性，电容、电感电压较低，回路电流较小，是非谐振工作点。 a2是不稳定工作点，微小扰动可使工作点偏离a2；,.,a3是稳定工作点，电路呈容性，电容电

2、感电压和电流急剧增大，称为谐振状态的工作点。 为什么P点（L=1/C）不是谐振点？ 因为P点不是稳定工作点，回路将偏离P点，最终工作点稳定在a3点。 因为a3点已经出现谐振过电压和过电流，因此将a3称为谐振点。,.,铁磁谐振的激发：,m,n,U,I,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n,.,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。,.,铁磁谐振的特点：,发生铁磁谐振的必要条件是L1

3、/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与过电流，且能自我保持；,.,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；,.,回路电阻（损耗）的影响：,m,n,U,I,R2,R2 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。,.,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

4、绝缘损坏或避雷器爆炸；,.,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；,.,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；,.,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

5、和分次谐波； 回路损耗对谐振起到限制作用；,.,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.传递过电压,是一种线性谐振，但有时会激发铁磁谐振；,.,电网出现不对称接地，断路器非全相或不同期操作时，中性点电压将显著增大； 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； 在不利的参数配合下，出现线性串联谐振或铁磁谐振状态。,.,防止传递过电压的方法： 避免出现中性点位移电压，可尽量使断路器三相同期动作，不出现非全相操作； 选择消弧线圈的脱谐度，错开串联谐振条件；,.,2.断线引起的谐振过电压,电力系统中常见基波铁磁谐振。 断线谐

6、振一般包括以下情况： 线路故障断线； 断路器不同期合闸； 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地，可能组成复杂的非线性谐振回路，出现谐振过电压。,.,三相对称电源接有空载变压器,.,等值电路,.,戴维南等值电路,发生基波铁磁谐振的必要条件：,.,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。,.,3.电磁式电压互感器饱和引起的谐振过电压,.,等值接线,下面分析正常时和剧烈扰动

7、时的TV上的电压和电流,.,分析结论：,正常时，中性点电位等于零，回路呈容性； 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，在中性点（对地电容）出现很高的电压； 中性点位移，将引起TV三相电压发生变化,.,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；,.,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及以下，可在开口处接白炽灯、35kV一般接入5001000W 61