10(6)～35kV中性点不接地电网中Y0接线电磁式电压互感器(简称PT)中性点用消谐电阻器及附件的作用原理1、概述 深圳市龙岗区至诚社会工作服务中心
10(6)~35kV电网就是电力系统数量最多的配电网，在城市的电网建设初期以及向农村供电的配电网，中性点大都不接地。这种中性点不接地方式的主要优点就是：当电网发生单相接地故障时，故障路线可以继续运行，供电可靠性高。不像中性点直接接地或经小电阻接地系统，发生单相接地会立即断开故障线路。中性点不接地方式主要缺点就是：过电压水平较高，不能及时判断故障线路等。好在这种电网电压不高，增加设备绝缘的费用占设备整体费用比重不大，故我国的绝大部分配电网都采用中性点不接地或经消弧线圈接地。因为电网中性点不接地，就没有固定中性点及三相电位，则相对地电压不稳定。请注意，这里就是指三相对地电压，即相电压，不就是线电压。中性点不接地电网的三相线电压仍就是十分稳定，线电压就是受电源电势的控制，只随负荷大小，变压器分接开关调整稍有变化。而相电
压则变化很大。当一相金属性接地时，接地相电压为零,
倍(稳定值)。若三相对地电容不对称(如局部断线)，则中性点电位会偏移。若发生谐振，则中性点电位有可能偏移出线电压三角形的外面。但就是金属性单相接地时，电网就是不会发生压变铁磁谐振的， 因为接地相电位已经固定在地电位，健全相电压为线电压所固定，线电压就是不会因谐振而改变的。故接地时，三相电压都有各自的固定值。只有当接地消失后才会激发起压变铁磁谐振，谐振会导致三相相对地的电压高低变化，频率也呈多样性。为什么这里要反复说明这种认识，因为有一些现场人员总认为电网在接地时烧毁PT就是谐振原因造成的。所以要反复说明，电网接地时就是不会产生谐振的(不包括断线接地)，中性点不接地电网产生铁磁谐振除了PT饱与原因还有其她原因，例如：线路断线，断线相对地电容与配电变压器会产生铁磁谐振，这里我们重点介绍Y0接线PT电感引起的铁磁谐振以及PT中性点用非线性电阻LXQⅢ型消谐电阻器的消谐原理及其特点。
2、中性点不接地电网中Y0接线PT引起铁磁谐振的简单机理
中性点不接地电网含有PT的简单三相对地电路如图1所示，中性点不接地的配电网中有主变与众多的配变，三相之间有很多金属通道，但三相对地的金属通道只有Y0接线PT，可见在电网的零序系统中,PT的电抗起主要作用。
图1 含有PT的简单三相对地电路
图1中E•a E•b E•c为三相对称电势,C0为相对地电容。L a、L b、Lc为PT励磁电感,U0为中性点对地电压。用戴维南定理简化图1电路，先断开PT回路(虚线所示)，由于三相C0相等，三相电势对称,U0=0, 故端部电压仍为E•a E•b E•c。而内阻为3 C0，图1三相电路图的等值电路为图2。
图2 PT谐振的等值电路图
从图2等值图可以明显瞧出就是LC
串联谐振回路。等值的3C0在零序回路
中，故只会在零序回路内产生谐振。
当L a=L b=Lc时,U0=0，三相对称属于
电网正常运行。当发生突然合闸、单相
接地消失等激发条件时，使得某一相或两
相PT中励磁电流急剧增大，铁芯饱与，三
相电感不等，即L a≠L b≠Lc，就出现一定
幅值的零序电压U0有了U0后三相PT中
产生零序电流i0，经3C成
回路。当PT中流过零序电流i,PT所反
应的阻抗为零序阻抗，设L0为PT三图3 零序电压作用
相并联的等值零序电抗,R0为PT三相下PT谐振等值电路
并联的等值电阻。图2等值电路的谐振
电路简化为图3。
当3C0在某一频率下，参数匹配恰当，即发生谐振。谐振的频率随C0的大小(即线路的长短)，依次发生高次(2、3次)、基波、分次(1/2、1/3次)谐振。也有相互叠加产生的，如基波含有分次的谐振等。发生谐振时，三相对地电压忽大忽小。通过PT的电流远大于励磁电流,PT铁芯发出嗡嗡响声，时间稍长，就有可能因电流大过热而烧坏了PT。压变饱与谐振时，过电压幅值并不就是很高，一般不会使其她设备绝缘受损(除非其她设备绝缘已经有严重缺陷)。当然PT烧坏时，若有电弧也会危及其她设备，将事故扩大，此类事故也曾有报道。
3、消除PT谐振的方法
在电力行标DL/T620-1997“交流电气装置的过电压保护与绝缘配合”中提出了限制PT铁磁谐振的措施有:
1) 选用励磁特性饱与点较高的电磁式电压互感器。这一条要求PT铁芯截面加
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大,PT成本提高，互感器厂家不会考虑，除非电力用户特别定制。
2) 减少同一系统中电压互感器中性点接地数量，除电源侧电压互感器高压绕组中
性点接地外，其她电压互感器中性点尽可能不接地。这一条由电网运行所决定，只要有一组Y0接线的PT都可能产生谐振。这里也要反复说明V形接线PT就是不会因谐振而损坏的。若V形接线的PT损坏，则不要谐振原因。
3) 个别情况下，在10kV及以下母线上装设中性点接地的星形接线电容组或用一
段电缆代替架空线路以减少X co。使X co＜0、01X m(x co= 1/ωC0,x m=ωL m)。
这一条更不现实。为了消谐增加一路出线，且电容器也不就是很可靠的设备，它的事故发生率比电网发生谐振还高。
4) 在互感器开口三角形绕组装设R△≤0、4(X m/K132)的电阻(K13为互感器一次绕
组与开口三角绕组的变比)或装设其它专门消除此类铁磁谐振的装置。
5) 10kV及以下互感器高压绕组中性点经R pn≥0、06X m、(容量大于600W)的电
阻接地。
前三项都不就是现实的方案，后两项就是采用电阻阻尼的方案。只就是电阻进入谐振回路的方式不同，第四项就是并联进入，第五项就是串联进入。
3、1 谐振回路串入阻尼电阻的作用
在图3的等值电路中R0′就是PT本身的电阻。理论计算及试验发现当给定PT的励磁曲线及电源电压E m确定时，外接一个电阻R，当外接电阻R与PT本身电阻R0′之与R0=(R0′+R)大于某一个临界值时，在一切电容值下均不发生谐振。为了便于工程应用，设PT磁化曲线为PT在额定电压U x=3U 下的交流电抗X m=ωL m。临界值R0的值与ωL m值有关,R0/ωL m≥0、035时，不会发生基波谐振，当R0/ωL m≥0、056时，不会发生分频谐振。为方便计算，标准提出的第五项方案中,PT中性点串入的电阻R pn≥0、06X m(即ωL m),PT就不会发生谐振。从阻尼的效果来瞧，串入电阻R0就是越大越阻尼。串入式的阻尼电阻就是“长接式”，即不管PT就是否谐振，电阻总就是串入在
零序回路中。
运筹学单纯形法
3、2 谐振回路并入阻尼电阻的作用
阻尼电阻R0也可以通过并入的
方法进入谐振回路。即通过PT剩余
电压绕组开口三角两端，并入一个电
阻r，此电阻通过电磁耦合到PT一次绕组侧为R1。如图4所示。R1= K132r,K13为PT一次绕组与开口三角绕组间的变比。R1就是与PT电抗相并联，可以将并联R1与X1等值为串联的R2与X2，如图5所示。作者推算它们之间的关系为R2=R1·X1/(R1+ X1)、X2=X1·R1/(R1+ X1)。从关系式中可以瞧出,R1在分母就是平方，故R2与R1成反比，即要串联回路的电图4 阻尼电阻并联入PT谐振回路阻R2大, 则要求并联回路的电阻R1
小。因此，连接在PT开口三角两端
的电阻r越小阻尼效果越好。故标准
≤0、4(X m/ K13)。
提出的第四项方案,R
△
市场上的微电脑消谐器的原理，就就是
采用检测到发生谐振讯号后，短路PT
开口三角两端(此时电阻最小)来消
除PT引起的谐振。并入式阻尼电阻
一小时的故事
就是“短接式”，即PT不谐振，电阻不
接入，当认为发生谐振时，短路接入。
图5
电阻与电抗并联电路可等值为串联电路
4、比较两种消谐方式的优缺点
4、1 PT饱与引起的铁磁谐振，无论串联(一次侧)方式还就是并联(二次侧)方式，都能有效消除谐振。但就是中性点不接地的电网发生铁磁谐振，不只就是PT饱与所致，还有其她原因也会引起谐振，较为常见的还有线路断线引起的谐振。这种谐振与PT无关。如果此种情况下产生的谐振，采用并联方式，即长期短路PT开口三角两端，则很快将PT烧毁。而串联在一次绕组中的消谐电阻，能减小通过PT的电流，因而保护PT少受烧坏。大量的运行经验也证明这一点。目前市场上的微电脑消谐器就是不能分辨就是否就是PT饱与引起的谐振还就是其她原因引起的谐振。只有能分辨谐振不就是PT引起的微电脑消谐器才能克服这种并联电阻方式所带来的缺点。
4、2 中性点不接地电网在接地消失时，常常有最高幅值达数安培的工频半波涌流通过PT。这就是电网对地电容聚集的电荷通过PT一次绕组充放电所形成的过渡过程。如果保护PT的高压熔断器为0、5A，有可能将0、5A熔断器熔丝熔断。这也就是在电网中常见的一种异常现象。采用PT一次绕组串入消谐电阻后，这种涌流被有效抑制，高压熔丝不再因为接地消失产生的涌流而熔断。而开口三角两端并入电阻，只会增加涌流，不会减少涌流。这就是并联电阻方式消谐器不具有的功能。
4、3 PT一次绕组中性点串入消谐器电阻后会增加PT二次侧三次谐波电压。这就是因为PT一次绕组的励磁电流中含有一定的三次谐波分量。三相对称系统中，三次谐波电流就是零序方向，即三个PT中的三次谐波电流就是同一个方向，都流过PT一次绕组中性点与地之间的消谐电阻器，必然在消谐电阻上产生三次谐波电压。此电压反映在开口三角两端，会使得开口三角两端电压升高(约5~10V)。在开口
三角两端并联电阻的方式不会发生此现象。这种增加三次谐波电压的缺点，本公司通过在开三角两端加装一个附件，很好地解决了这一难题，且附件还能提供其她有用的功能。
4、4 PT一次绕组的尾端(X端)绝缘为低压等级时，当流过串联的消谐电阻电流
较大时，例如雷击时，有可能损坏低压等级PT的X端绝缘。并联在开口三角的两端的消谐电阻，不存在此问题。本公司生产的带“D”型的电阻型消谐器，解决了此类难题，且很好地应用在35kV电压等级PT，因为35kV电压等级的PT的尾部大都就是弱绝缘的，多年的运行经验证明就是有效的。
5、LXQⅢ型及LXQ(D)Ⅲ型消谐电阻及其附件的特点
5、1 LXQⅢ型及LXQ(D)Ⅲ型消谐电阻器就是串联在PT一次绕组中性点回路的阻尼电阻。根据串联消谐电阻值R p≥0、06X m的要求。本公司按下列方法配
制阻尼电阻值：以我国大多数PT在额定线电压下的励磁电流I m在10mA(峰值)
左右为基值，所配非线性电阻的基准阻值为10 mA(峰值电流时，电阻上压降
≥6%PT的额定电压。以LXQⅢ-10型消谐电阻器为例，该电阻在10mA(峰值)时的电压值为800~1000V(见产品说明书附表1电阻器交流电气参数)。如果电阻器所配PT的I m为10mA，则LXQⅢ-10型电阻器的电阻值在10mA时就是所配PT X m的(8~10)%，符合R≥6%X m的要求。因为PT的励磁特性就是非线性的,LXQ 型电阻器的电阻也就是非线性。电阻型的非线性系数稍大于PT励磁特性非线性系数，故的所有励磁电流下的阻值都符合要求。
5、2 对于一次绕组X端为低绝缘PT,LXQ(D)Ⅲ型采用部分电阻并联放电间隙的方法，即较大冲击电流(如雷击时)通过电阻时，放电间隙短接部分电阻，使电阻上的电压不危及PT的X端低绝缘。冲击电流过后，电阻自动恢复高阻状态。因此一次绕组X端为低绝缘PT，请选LXQ(D)Ⅲ型消谐电阻器，该型号中(D)代表X端为低压绝缘PT。电力行标消谐措施中第五项，只提到10kV及以下电压等级PT，就是因为10kV以上PT的X端绝缘都就是低绝缘，故担心此方法损坏PT X端的绝缘。其实10kV PT也有X端为低绝缘的,LXQ(D)Ⅲ型采用部分电阻并联放电间隙后，已不再发生雷击时损坏X端低绝缘的PT事件。(以前曾在云南昆明发生一次雷击35kV PT的X端低绝缘损坏事例。)
七五期间
5、3 由于PT一次绕组励磁电流中会有一定量的三次谐波电流，以及三相PT的励磁特性有差别，则会在PT开口三角两端产生一定的基波电压及三次谐波电压，造成开口三角电压升高。如三次谐波电压及
不平衡基波电压足够大时将造成PT 中性点偏移，三相电压不平衡以及开口三角电压太高等现象。LXQ-F型电压限制及短路报警器就是安装在PT开口三角两端的附件，它起限制PT开三角因一次绕组安装消谐电阻器所产生的附加电压，限压装置就是采用一个合适的低阻值电阻。在电网正常运行时，让三次谐波电流及不平衡基波电流流过低阻值电阻构成的零序回路。可以将开口三角两端电压降低到原值的十分之一以下(小于1V)，当电网因其它原因有较高的零序电压时(例如单相接地)，该电阻的阻值迅速增大，不影响PT正常的检测。LXQ型的附件解决了长期困扰的开口三角两端电压偏高的问题。新的附件还具有短路报警功能，此功能在第7节详细介绍。
6、安装在PT一次绕组中性点消谐电阻就是否对PT的计量及绝缘监测有影响6、1 所有的计量的电压回路都就是接在PT的三相线电压上。即PT的正序回路中，而电网三相线电压就是由变压器的端电压所决定，无论电网在单相接地还就是谐振，三相线电压就是不变的。因此连接PT二次侧三相线电压上的计量值由电网的正序电压决定的。连接在PT中性点回路的消谐电阻就是PT的零序回路，故
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