电容式电压互感器铁磁谐振及抑制

摘要:介绍CVT自身谐振典型事例。对CVT中几种阻尼装置进行了比较。特别对新型速饱和阻尼器存在的问题提出了对策，建议将铁磁谐振列为出厂试验。

关键词:谐振  产生原因  对策

前言

电容式电压互感器（简称CVT）是一种十分重要的高压输变电设备，主要用做电压测量和继电保护的信号取样装置，其电容分压器与阻波器结合且能兼作载波通讯的滤波装置。它具有绝缘性能好，价格便宜等优点。还能避免因电磁式电压互感器与开关并联电容所产生的谐振过电压。因此，CVT日渐被电网所接受，在我省110kV及以上变电站的415台电压互感器中CVT占206台。但是目前我国生产CVT厂家逐渐增多，有些制造厂对某些技术并没有完全掌握，生产出厂的CVT在运行中暴露出不少的问题。最常见的问题是发生自身谐振。严重的CVT自身谐振事故，导致CVT损坏并退出运行。

1、国内采用的几种阻尼装置的工作机理

1．1CVT的自身谐振机理

CVT本身的等值电路中就含有电容和非线性电感。具有发生串联谐振条件。在图1中，当发生一次侧突然合闸或二次侧短路、又突然消除等冲击时，过渡过程中产生的过电压会使中间变压器的铁心出现饱和，励磁电感Lm呈非线性下降，回路的固有频率上升（Lm为中间变压器励磁电感,C为等值电容）可达到额定频率的1／2，1／3，1／5……；此时,可能出现某一分数次谐波振荡，最常见的是1／3次谐波振荡，假如回路中不存在阻尼，或阻尼参数不当。由于电源不断地供给能量，分数次铁磁谐振就会持续下去，谐振过电压的幅值可能达到额定电压的2～3倍。这个非真实的电压信号传到二次测量仪表和继电保护装置，将导致误指示或误动作，此外持续的过电压作用，将危害互感器的绝缘。因此CVT在制造时，必须设置阻尼装置，以抑制铁磁谐振，否则不能投入运行，这是电力部反事故措施一再强调的。

1．2几种阻尼装置的优缺点

1．2．1纯电阻阻尼器

纯电阻阻尼器在剩余电压绕组的输出端长期接入固定电阻，这种阻尼装置结构简单，过去老式CVT使用较多。其缺点是功率消耗较大，影响测量准确度和二次输出容量。目前已基本逐步淘汰。

1．2．2电子型阻尼器

电子型阻尼器如图2。当出现过电压时，开关K合上，阻尼器Z阻尼铁磁谐振。

其缺点是如果1个电子元件损坏就不能工作，已淘汰。

1．2．3谐振型阻尼器

谐振型阻尼器如图3。又叫滤波型谐振阻尼器，由产生并联谐振的电容器和电抗

器以及阻尼电阻组成。整个装置接在额定电压为100V的剩余电压绕组上，电容

C和电感L在额定频率f下调至并联谐振状态。此时，回路阻抗很高，只有很小

的电流流过阻尼电阻，对正常运行（额定频率）的影响可以忽略不计。当出现频

率较低的分次铁磁谐振时，回路的并联谐振条件被破坏，阻抗下降，电流剧增，

瞬时在阻尼电阻上消耗很大功率，从而可达到有效地阻尼分频谐振的目的。此装

置在发生分频谐振时将电阻R瞬时投入，正常（额定频率）运行时又自动切除，

避免了固定接入电阻所带来的不利影响。但仍存在一些缺点：

a．当UN升高，电流IR偏大时（0．1～0．05A）消耗掉一定功率，使得输

出容量无法提高。

b．瞬变响应特性差，CVT的剩余电压绕组是连接成开口三角的，作电网接

地保护的信号输出用，要求有良好的响应特性。使用这种阻尼器后，当电网发生

对地短路时，因其阻尼器贮能元件L，C的存在，使得二次电压要经过一短暂时

间才能衰减到0。

且由于回路参数不同，能量释放过程中，可能出现低频衰减振荡，也可能按指数

规律衰减。将对二次所接的快速保护动作有不良影响。若振荡衰减的频率和系统

频率相近，则影响更为严重。故瞬变响应要达到标准规定10％的要求，有一些

困难，故目前也较少采用。

1．2．4速饱和电感型阻尼器

速饱和电感型阻尼器（如图4）是目前国内外较为常用的阻尼器，国内使用时间

还不长。此种阻尼器在系统激发过电压时电抗器快速深度饱和，电感值下降，大

电流通过串联电阻R，产生很大的阻尼功率，能有效阻尼铁磁谐振；在正常运行

条件下，阻尼器阻抗大消耗功率很小，对CVT误差影响很小。与谐振型阻尼器比

较速饱和型阻尼器主要优点是有较好的瞬变响应特性，当一次侧发生对地短路

时，在20ms以内，可使二次电压降到额定值的5％以下。剩余电压值接近于0，

能够很好地满足快速继电保护的要求，目前国产的CVT开始大量配置该种阻尼

器。

2国内速饱和型阻尼器存在的问题

据统计，过去我国也曾多次发生CVT自身谐振问题，但多数为纯电阻阻尼器，

采用外接型，安装时未正确接入，或因电阻发热烧坏开路所致。但自制造厂采用

先进的速饱和阻尼器后，CVT自身谐振故障却有增无减，这说明我国一些制造厂

在推广这项先进技术过程中，还存在不少未解决好的问题。据报道，国内由于

CVT速饱和阻尼器参数选取不当，在额定电压下，CVT二次空载合闸运行时，不

少产品曾发生过自身铁磁谐振现象，严重时导致CVT烧毁。

如1997年10月14日在河北邯郸电业局贺兰变18台CVT投运过程中（型

号为0．005H）9台发生异常响声，开口三角电压高达20～35V，被迫停止投运。

厂家调换新品后，11月10日投运12台，仍有8台发生异常响声，开口三角电

压高达27～70V，波形畸变，再次被迫停止运行，2次投运所出现的异常现

象基本相同。厂方第2次所供产品是在原出厂试验项目的基础上，又增加了试验

项目，但到现场后谐振问题仍然没有得到解决。220kV主网2次送电操作不成

功，影响工程投产近1个月，造成较大经济损失和不良的社会影响。

1999年我省同样发生一起新投CVT内部谐振事故。9月29日10∶30，中调

同意经母联开关对CVT充电（不带线路）；运行人员发现电压表指示异常（AB，

AC相电压升高，BC相电压正常）；在二次出口侧测电压，A相电压比B，C相电

压明显升高。故障录波仪中调出220kV母线电压波形，发现220kVⅠ母A相电

压有畸变，B，C相电压正常，剩余电压绕组开口三角有较高的零序电压。故障

录波图如图5。录波图显示A相CVT产生了稳定的1／3次谐波谐振；且谐振过

电压为1．65倍额定电压。

退出CVT后，经检查发现A相下部油箱烫手，温度很高，B，C相正常。其后在

现场又对CVTA相进行了解体检查。

检查发现CVT各部件，包括电容器、中间变压器及阻尼装置均属正常，各元

件的连接正常，不存在开路问题。

解体检查结果表明A相CVT状况与发生自身谐振有关，其现象与自身谐振现

象相吻合，其CVT电磁单元是在谐振过电压作用下严重过激磁，电抗器及中间变

压器过电流，使温度剧烈升高，因而油箱烫手。但因CVT退出及时，未导致CVT

烧坏。事故表明该速饱和阻尼装置不能有效地抑制分频谐振，因而出现了稳定的

额定频率的1／3次分频谐振。

本次事故发生后，厂家也对所有购进的速饱和阻尼器做了全部检查，发现个别的

阻尼器伏安特性确实不符合技术条件。

分析认为：谐振产生的原因是由于CVT空载合闸时过电压的作用下，当二次负荷

接近于0，而阻尼器的特性不良，如速饱和电抗器的玻莫合金铁心特性没有达到

要求，使中间变压器先于阻尼电抗器发生饱和而发生了分频谐振，或者后者饱和

深度不够，串联电阻太小不能有效地抑制分频谐振使已形成的分频谐振得以维

持。

3预防谐振的对策

3．1降低CVT中压变压器铁心的磁通密度，提高中间变压器的饱和点。例如额

定工作磁密降至4000×10－4T左右。变压器伏安特性曲线拐点必须高于阻尼电

抗器伏安特性曲线拐点约1倍左右。避免在过电压下中间变压器先于阻尼器而饱

和形成谐振条件，失去了阻尼器的阻尼作用。

3．2严格控制速饱和电抗器的磁化特性。为使阻尼器能满足阻尼铁磁谐振的要

求，又不至对CVT的准确度造成显著的不利影响，应当规定在1．2UN下和1．

5UN下的阻尼电流范围。（不超过0．3A和不低于6A），作为CVT制造厂的质

量控制措施。

3．3合理选择阻尼器串联电阻。且电阻器功率选择恰当。既能产生较好阻尼作

用，同时长期运行不发生烧坏。

3．4产品除通过型试试验外，对正常生产产品应每台进行铁磁谐振试验，尽可

能模拟实际工况进行铁磁谐振试验，确保CVT在投入电网运行时在过电压作用下

能有效消除铁磁谐振。

4结语

4．1采用速饱和阻尼器后，CVT自身谐振现象屡有发生，因此CVT中谐振阻尼

器的选型至关重要，同时建议把CVT铁磁谐振试验列为出厂试验项目。

4．2安装验收时，应严格把关，有条件时进行现场谐振试验。

4．3运行巡视人员应了解CVT自身谐振机理及现象，应作好事故预想，发生

CVT谐振事故时，迅速退出，避免事故扩大。