電力系統(tǒng)常見消諧方案介紹
聲明：您必須遵守我們的協(xié)議，如果您下載了該資源行為將被視為對《電天下賬號管理規(guī)范》全部內(nèi)容的認(rèn)可，本網(wǎng)站資源來自原創(chuàng)，僅供用于學(xué)習(xí)和交流，請勿用于商業(yè)用途。如有侵權(quán)、不妥之處，請舉報本資源，我們將及時審核處理！
電力系統(tǒng)常見消諧方案介紹
電力系統(tǒng)常見消諧方案介紹
文本預(yù)覽
電力系統(tǒng)常見消諧方案介紹
(一)微機(jī)消諧裝置
微機(jī)消諧裝置也稱二次消諧器，被安裝在電壓互感器(PT)的開口三角繞組上。正常
運(yùn)行或者發(fā)生單相接地故障時裝置不動作，而一旦判定電網(wǎng)發(fā)生鐵磁諧振時，便會使正
反并聯(lián)在開口三角兩端的2只晶閘管交替過零觸發(fā)導(dǎo)通以限制和阻尼鐵磁諧振，當(dāng)諧振
消除后晶閘管自行截止，必要時可以重復(fù)動作。裝置起動消諧期間，晶閘管全導(dǎo)通，呈
低阻態(tài)，電阻為幾mΩ至幾十mΩ。如此小的電阻值足以阻尼高頻、基頻及分頻3種諧
振，而且對整個電網(wǎng)有效，即一個系統(tǒng)中只需選擇1臺互感器安裝消諧裝置即可。
微機(jī)消諧裝置的主要缺點是難以正確區(qū)分基波諧振和單相接地。目前，對基波諧振
和單相接地故障判據(jù)的主要區(qū)別在于零序電壓U0的高低。通常，基頻諧振定為當(dāng)U０
≥150V時；當(dāng)30V≤U０＜145V時定為單相接地故障。為了防止在單相接地時由于裝置
誤動使PT長時間過負(fù)荷而燒毀的情況發(fā)生，通常將該裝置基頻諧振的判據(jù)電壓定得比較
高。這樣，在工頻位移電壓不是很高的情況下（如空母線合閘）裝置將無法動作，就可
能使某些勵磁特性欠佳、鐵心易飽和PT的熔絲熔斷。而且這種裝置當(dāng)電網(wǎng)對地電容較大
時，它對防止間歇性接地或接地消失瞬間互感器因瞬時飽和涌流而造成熔絲熔斷的事故
無能為力。此外，在持續(xù)時間較長的間歇電弧過電壓激發(fā)下，流過PT高壓繞組的電流將
顯著增大，仍可能會燒壞PT。
由于基頻諧振中的頻率實際上并不是十分嚴(yán)格的基頻，不是完全沒有頻率突變 。因
此，能否在信號處理方法中采用對時頻局部化方面極具優(yōu)勢的小波來檢測，值得探討。
(二)一次消諧阻尼器
一次消諧阻尼器，如LXQ型阻尼器，實際上是將一個非線性消諧電阻R0串接于電壓
互感器一次側(cè)中性點與地之間，它采用中性點阻尼電阻消除諧振，見圖１。電網(wǎng)正常運(yùn)
行時，消諧器上電壓＜500V，R0呈高電阻值（可達(dá)幾百kΩ），阻尼作用大，使諧振在
起始階段不易發(fā)展；當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地時，消諧器上電壓較高（10kV電網(wǎng)中其值約
1.7～1.8kV），R０呈低值（幾十kΩ），可滿足PT開口三角電壓不小于80V的絕緣監(jiān)
測要求,而且仍可阻尼諧振；當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生弧光接地時，R0仍能保持一定的阻值，限制互
感器涌流。
該裝置具有消除PT飽和諧振和限制涌流2種功能，但在應(yīng)用中存在局限性：①中性
點為半絕緣結(jié)構(gòu),只能直接接地安裝的PT無法使用；②只能限制本PT不發(fā)生諧振，對電
網(wǎng)中的其他PT無效（僅一對一有效）；③當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，PT零序電壓U０的測
量值有誤差,因此不適宜使用在對U0幅值和角度精度要求較高的場合（如微機(jī)接地選線
裝置）；④裝置自身的熱容量有限，即使選用熱容量相對較大的LXQ型一次消諧阻尼器，
在持續(xù)時間較長的間歇電弧接地過電壓激發(fā)下，仍可損壞裝置。一次消諧阻尼器較適用
于JDZJ等型號中性點全絕緣PT的消諧改造。(三)消諧型電壓互感器
3.1加裝零序電壓互感器型
加裝零序電壓互感器的消諧型電壓互感器由三相主電壓互感器TV1和串接在中性點
的零序電壓互感器TV０二部分組成，采用零序電壓互感器消除諧振，見圖2。該消諧裝
置要求TV1的開口三角繞組閉合，零序電壓U０從TV０的二次側(cè)取得。當(dāng)單相接地時，
TV每相勵磁感抗為Xm=XTV1 3XTV0（XTV1為TV1的漏抗；XTV０為TV０勵磁感抗）。
由于X 很小，可略，故Xm≈3X ，即零序電壓絕大部分降落在TV0上，一般的外激
TV1 TV０
發(fā)不能使TV1進(jìn)入飽和區(qū)，從而使諧振難以產(chǎn)生。此外，TV０高壓繞組的直流電阻約為
10kΩ，對諧振有強(qiáng)烈的阻尼作用，對涌流有限制作用。此種消諧型TV的消諧作用也僅對
自身有效，熱容量也有限。
3.2呈容抗諧振型，呈容抗諧振的消諧型電壓互感器的主要特點有：
① 互感器內(nèi)部的分布電容和雜散電容較大，正常時，在接有0～100負(fù)荷下整體呈容性
（結(jié)構(gòu)上合理確定一次繞組徑向與軸向的尺寸比例；采用介電系數(shù)大的絕緣材料作
為層間絕緣；一次繞組采用階梯式排線方式等）,不易構(gòu)成鐵磁諧振回路。
② 在較高的電壓作用下，鐵心不易飽和（采用優(yōu)質(zhì)硅鋼片，以降低工作磁密）。
③ 能承受更高的過電壓（增加了一次繞組匝數(shù)；加強(qiáng)一次繞組的端部絕緣和層間絕緣）。
然而，由于這種電壓互感器的質(zhì)量和體積相對較大,因此在實際應(yīng)用中往往有一定困難。
（四）二次消諧電阻
4.1 二次電阻消諧：
隨著系統(tǒng)對地電容的增大，電壓互感器磁飽和后將依次發(fā)生高頻、基頻和分頻諧振。
PT的開口三角繞組上，用于消除分頻諧振的阻尼電阻ｒ值最小，ｒ≤０.４（ｎ２/ｎ１）
２Ｘ ，只要按此來選擇電阻就可同時消除另外2種諧振。消除基頻諧振的電阻值為ｒ′≤
Ｌ
３（ｎ２/ｎ１）２Ｘ 。式中, Ｘ 為互感器在線電壓下的每相勵磁感抗，ｎ１/ｎ２為
Ｌ Ｌ高壓繞組與開口三角繞組的匝數(shù)比。由于電阻接在開口三角繞組兩端，必然會導(dǎo)致一次側(cè)
電流增大，也就是說PT的容量要相應(yīng)增大。從抑制諧波方面考慮，R值越小，效果越顯著，
但PT的過載現(xiàn)象越嚴(yán)重，在諧振或單相接地時間過長時甚至?xí)?dǎo)致保險絲熔斷或PT燒毀。
一般來說接入10 kV系統(tǒng) PT開口三角繞組的電阻取16.5～33Ω 。
可見，對于在開口三角繞組配置了２５Ω消諧電阻的PT，當(dāng)系統(tǒng)中中性點直接接地的
普通電磁式PT不超過２臺時還可以消除基頻諧振，但若要消除分頻諧振則阻值偏大，失去
消諧作用。為此，應(yīng)加裝微機(jī)消諧裝置,同時宜保留原消諧電阻,以利于限制空母線合閘時
工頻位移電壓。
4.２在同一PT上同時裝設(shè)一次消諧阻尼器和微機(jī)消諧裝置
在開口三角繞組兩端接上電阻R的做法，實際上相當(dāng)于在PT高壓側(cè)Y0接線各相繞組上
并聯(lián)一電阻（只有在電網(wǎng)有零序電壓時才出現(xiàn)），即在電網(wǎng)中每相對地并聯(lián)合適的電阻在
理論上同樣可以起到消諧作用。據(jù)分析推導(dǎo)，為消除分頻諧振，在PT高壓側(cè)每相繞組并聯(lián)
的電阻應(yīng)滿足：R1≤0.4Ｘ /３。若單臺10kV互感器的每相勵磁感抗Ｘ =500kΩ，則
Ｌ Ｌ
R1≤66.7kΩ。
假如在PT一次側(cè)中性點裝設(shè)了阻尼電阻R0，那么該P(yáng)T基本上不會參與諧振。當(dāng)系統(tǒng)中
其他中性點直接接地的PT發(fā)生諧振時，由于此時零序電壓U 的測量值偏小，即使該P(yáng)T的二
０
次側(cè)裝了微機(jī)消諧裝置，往往也不會及時動作。
對于電纜使用較多的10kV配電網(wǎng)，大多發(fā)生分頻諧振。微機(jī)消諧器分頻諧振的判據(jù)為
15Hz≤ｆ≤18 Hz或23Hz≤ｆ≤27 Hz，35V≥U0≥25Ｖ。當(dāng)開口三角繞組電壓為30Ｖ時，
一次系統(tǒng)零序電壓的估算值已達(dá)（30/100×0.8）×（10/3）=2.2kV。此時，微機(jī)消諧器
動作，開口三角繞組基本上處于被短接狀態(tài)，PT高壓繞組反映的是數(shù)值很小的漏抗，即零
序電壓絕大部分降落在阻尼電阻R0上。這時，電網(wǎng)每相對地的等值并聯(lián)電阻為３Ｒ０，假
如呈低電阻值的R0為25～35kΩ，則３R0為75～105kΩ，已超出消除系統(tǒng)中單臺中性點
直接接地PT諧振所需的阻值（約66.7kΩ）。若有多臺PT參與了諧振，則更是無助于消諧
作用，而且還可能因作用在R0上的過電壓得不到及時消除，且時間較長時而被損壞，從而
進(jìn)一步損害PT。
可見，以上做法已超出微機(jī)消諧器和一次消諧器研制的初衷，二者單獨(dú)存在時的消諧
機(jī)理已不再適用，這種做法對消諧不但無助反而有害。因此，這2種消諧裝置應(yīng)分開安裝
在不同的PT上為宜。
4.3 在加裝零序電壓互感器消諧型PT的二次側(cè)加裝微機(jī)消諧裝置
對于加裝零序電壓互感器的消諧型PT，原理上要求其主電壓互感器ＴV１的開口三角繞
組始終是閉合 的，所以不可能在其二次側(cè)加裝消諧器，否則將破壞原先的消諧機(jī)理，難以
起到消諧作用。若是將微機(jī)消諧器裝在其零序電壓互感器ＴV0的二次側(cè)，當(dāng)系統(tǒng)中其他互感
器發(fā)生鐵磁諧振時，消諧器將在零序電壓作用下動作，ＴV０二次側(cè)幾乎被短接，ＴV０及ＴV１高壓繞組反映的均為漏抗，互感器的零序阻抗變?yōu)閿?shù)值很小的漏抗，相當(dāng)于電網(wǎng)中性點
臨時直接接地，因而諧振也就隨之消失?？梢姡诖讼C型PT的TV0二次側(cè)加裝微機(jī)消諧
裝置有助于整個電網(wǎng)的消諧。
（五） 消諧措施的綜合應(yīng)用
（5.1）普通型電磁式電壓互感器應(yīng)選用勵磁特性良好、鐵心不易飽和的型號及生產(chǎn)廠家。變
電站10kV母線PT一次額定電壓UN為10／3kV，有的 PT在1.9UN電壓作用下鐵心就
可能進(jìn)入飽和區(qū)，而母線實際運(yùn)行電壓為10～10.7kV。當(dāng)電網(wǎng)單相接地時，作用在
(一)微機(jī)消諧裝置
微機(jī)消諧裝置也稱二次消諧器，被安裝在電壓互感器(PT)的開口三角繞組上。正常
運(yùn)行或者發(fā)生單相接地故障時裝置不動作，而一旦判定電網(wǎng)發(fā)生鐵磁諧振時，便會使正
反并聯(lián)在開口三角兩端的2只晶閘管交替過零觸發(fā)導(dǎo)通以限制和阻尼鐵磁諧振，當(dāng)諧振
消除后晶閘管自行截止，必要時可以重復(fù)動作。裝置起動消諧期間，晶閘管全導(dǎo)通，呈
低阻態(tài)，電阻為幾mΩ至幾十mΩ。如此小的電阻值足以阻尼高頻、基頻及分頻3種諧
振，而且對整個電網(wǎng)有效，即一個系統(tǒng)中只需選擇1臺互感器安裝消諧裝置即可。
微機(jī)消諧裝置的主要缺點是難以正確區(qū)分基波諧振和單相接地。目前，對基波諧振
和單相接地故障判據(jù)的主要區(qū)別在于零序電壓U0的高低。通常，基頻諧振定為當(dāng)U０
≥150V時；當(dāng)30V≤U０＜145V時定為單相接地故障。為了防止在單相接地時由于裝置
誤動使PT長時間過負(fù)荷而燒毀的情況發(fā)生，通常將該裝置基頻諧振的判據(jù)電壓定得比較
高。這樣，在工頻位移電壓不是很高的情況下（如空母線合閘）裝置將無法動作，就可
能使某些勵磁特性欠佳、鐵心易飽和PT的熔絲熔斷。而且這種裝置當(dāng)電網(wǎng)對地電容較大
時，它對防止間歇性接地或接地消失瞬間互感器因瞬時飽和涌流而造成熔絲熔斷的事故
無能為力。此外，在持續(xù)時間較長的間歇電弧過電壓激發(fā)下，流過PT高壓繞組的電流將
顯著增大，仍可能會燒壞PT。
由于基頻諧振中的頻率實際上并不是十分嚴(yán)格的基頻，不是完全沒有頻率突變 。因
此，能否在信號處理方法中采用對時頻局部化方面極具優(yōu)勢的小波來檢測，值得探討。
(二)一次消諧阻尼器
一次消諧阻尼器，如LXQ型阻尼器，實際上是將一個非線性消諧電阻R0串接于電壓
互感器一次側(cè)中性點與地之間，它采用中性點阻尼電阻消除諧振，見圖１。電網(wǎng)正常運(yùn)
行時，消諧器上電壓＜500V，R0呈高電阻值（可達(dá)幾百kΩ），阻尼作用大，使諧振在
起始階段不易發(fā)展；當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地時，消諧器上電壓較高（10kV電網(wǎng)中其值約
1.7～1.8kV），R０呈低值（幾十kΩ），可滿足PT開口三角電壓不小于80V的絕緣監(jiān)
測要求,而且仍可阻尼諧振；當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生弧光接地時，R0仍能保持一定的阻值，限制互
感器涌流。
該裝置具有消除PT飽和諧振和限制涌流2種功能，但在應(yīng)用中存在局限性：①中性
點為半絕緣結(jié)構(gòu),只能直接接地安裝的PT無法使用；②只能限制本PT不發(fā)生諧振，對電
網(wǎng)中的其他PT無效（僅一對一有效）；③當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，PT零序電壓U０的測
量值有誤差,因此不適宜使用在對U0幅值和角度精度要求較高的場合（如微機(jī)接地選線
裝置）；④裝置自身的熱容量有限，即使選用熱容量相對較大的LXQ型一次消諧阻尼器，
在持續(xù)時間較長的間歇電弧接地過電壓激發(fā)下，仍可損壞裝置。一次消諧阻尼器較適用
于JDZJ等型號中性點全絕緣PT的消諧改造。(三)消諧型電壓互感器
3.1加裝零序電壓互感器型
加裝零序電壓互感器的消諧型電壓互感器由三相主電壓互感器TV1和串接在中性點
的零序電壓互感器TV０二部分組成，采用零序電壓互感器消除諧振，見圖2。該消諧裝
置要求TV1的開口三角繞組閉合，零序電壓U０從TV０的二次側(cè)取得。當(dāng)單相接地時，
TV每相勵磁感抗為Xm=XTV1 3XTV0（XTV1為TV1的漏抗；XTV０為TV０勵磁感抗）。
由于X 很小，可略，故Xm≈3X ，即零序電壓絕大部分降落在TV0上，一般的外激
TV1 TV０
發(fā)不能使TV1進(jìn)入飽和區(qū)，從而使諧振難以產(chǎn)生。此外，TV０高壓繞組的直流電阻約為
10kΩ，對諧振有強(qiáng)烈的阻尼作用，對涌流有限制作用。此種消諧型TV的消諧作用也僅對
自身有效，熱容量也有限。
3.2呈容抗諧振型，呈容抗諧振的消諧型電壓互感器的主要特點有：
① 互感器內(nèi)部的分布電容和雜散電容較大，正常時，在接有0～100負(fù)荷下整體呈容性
（結(jié)構(gòu)上合理確定一次繞組徑向與軸向的尺寸比例；采用介電系數(shù)大的絕緣材料作
為層間絕緣；一次繞組采用階梯式排線方式等）,不易構(gòu)成鐵磁諧振回路。
② 在較高的電壓作用下，鐵心不易飽和（采用優(yōu)質(zhì)硅鋼片，以降低工作磁密）。
③ 能承受更高的過電壓（增加了一次繞組匝數(shù)；加強(qiáng)一次繞組的端部絕緣和層間絕緣）。
然而，由于這種電壓互感器的質(zhì)量和體積相對較大,因此在實際應(yīng)用中往往有一定困難。
（四）二次消諧電阻
4.1 二次電阻消諧：
隨著系統(tǒng)對地電容的增大，電壓互感器磁飽和后將依次發(fā)生高頻、基頻和分頻諧振。
PT的開口三角繞組上，用于消除分頻諧振的阻尼電阻ｒ值最小，ｒ≤０.４（ｎ２/ｎ１）
２Ｘ ，只要按此來選擇電阻就可同時消除另外2種諧振。消除基頻諧振的電阻值為ｒ′≤
Ｌ
３（ｎ２/ｎ１）２Ｘ 。式中, Ｘ 為互感器在線電壓下的每相勵磁感抗，ｎ１/ｎ２為
Ｌ Ｌ高壓繞組與開口三角繞組的匝數(shù)比。由于電阻接在開口三角繞組兩端，必然會導(dǎo)致一次側(cè)
電流增大，也就是說PT的容量要相應(yīng)增大。從抑制諧波方面考慮，R值越小，效果越顯著，
但PT的過載現(xiàn)象越嚴(yán)重，在諧振或單相接地時間過長時甚至?xí)?dǎo)致保險絲熔斷或PT燒毀。
一般來說接入10 kV系統(tǒng) PT開口三角繞組的電阻取16.5～33Ω 。
可見，對于在開口三角繞組配置了２５Ω消諧電阻的PT，當(dāng)系統(tǒng)中中性點直接接地的
普通電磁式PT不超過２臺時還可以消除基頻諧振，但若要消除分頻諧振則阻值偏大，失去
消諧作用。為此，應(yīng)加裝微機(jī)消諧裝置,同時宜保留原消諧電阻,以利于限制空母線合閘時
工頻位移電壓。
4.２在同一PT上同時裝設(shè)一次消諧阻尼器和微機(jī)消諧裝置
在開口三角繞組兩端接上電阻R的做法，實際上相當(dāng)于在PT高壓側(cè)Y0接線各相繞組上
并聯(lián)一電阻（只有在電網(wǎng)有零序電壓時才出現(xiàn)），即在電網(wǎng)中每相對地并聯(lián)合適的電阻在
理論上同樣可以起到消諧作用。據(jù)分析推導(dǎo)，為消除分頻諧振，在PT高壓側(cè)每相繞組并聯(lián)
的電阻應(yīng)滿足：R1≤0.4Ｘ /３。若單臺10kV互感器的每相勵磁感抗Ｘ =500kΩ，則
Ｌ Ｌ
R1≤66.7kΩ。
假如在PT一次側(cè)中性點裝設(shè)了阻尼電阻R0，那么該P(yáng)T基本上不會參與諧振。當(dāng)系統(tǒng)中
其他中性點直接接地的PT發(fā)生諧振時，由于此時零序電壓U 的測量值偏小，即使該P(yáng)T的二
０
次側(cè)裝了微機(jī)消諧裝置，往往也不會及時動作。
對于電纜使用較多的10kV配電網(wǎng)，大多發(fā)生分頻諧振。微機(jī)消諧器分頻諧振的判據(jù)為
15Hz≤ｆ≤18 Hz或23Hz≤ｆ≤27 Hz，35V≥U0≥25Ｖ。當(dāng)開口三角繞組電壓為30Ｖ時，
一次系統(tǒng)零序電壓的估算值已達(dá)（30/100×0.8）×（10/3）=2.2kV。此時，微機(jī)消諧器
動作，開口三角繞組基本上處于被短接狀態(tài)，PT高壓繞組反映的是數(shù)值很小的漏抗，即零
序電壓絕大部分降落在阻尼電阻R0上。這時，電網(wǎng)每相對地的等值并聯(lián)電阻為３Ｒ０，假
如呈低電阻值的R0為25～35kΩ，則３R0為75～105kΩ，已超出消除系統(tǒng)中單臺中性點
直接接地PT諧振所需的阻值（約66.7kΩ）。若有多臺PT參與了諧振，則更是無助于消諧
作用，而且還可能因作用在R0上的過電壓得不到及時消除，且時間較長時而被損壞，從而
進(jìn)一步損害PT。
可見，以上做法已超出微機(jī)消諧器和一次消諧器研制的初衷，二者單獨(dú)存在時的消諧
機(jī)理已不再適用，這種做法對消諧不但無助反而有害。因此，這2種消諧裝置應(yīng)分開安裝
在不同的PT上為宜。
4.3 在加裝零序電壓互感器消諧型PT的二次側(cè)加裝微機(jī)消諧裝置
對于加裝零序電壓互感器的消諧型PT，原理上要求其主電壓互感器ＴV１的開口三角繞
組始終是閉合 的，所以不可能在其二次側(cè)加裝消諧器，否則將破壞原先的消諧機(jī)理，難以
起到消諧作用。若是將微機(jī)消諧器裝在其零序電壓互感器ＴV0的二次側(cè)，當(dāng)系統(tǒng)中其他互感
器發(fā)生鐵磁諧振時，消諧器將在零序電壓作用下動作，ＴV０二次側(cè)幾乎被短接，ＴV０及ＴV１高壓繞組反映的均為漏抗，互感器的零序阻抗變?yōu)閿?shù)值很小的漏抗，相當(dāng)于電網(wǎng)中性點
臨時直接接地，因而諧振也就隨之消失?？梢姡诖讼C型PT的TV0二次側(cè)加裝微機(jī)消諧
裝置有助于整個電網(wǎng)的消諧。
（五） 消諧措施的綜合應(yīng)用
（5.1）普通型電磁式電壓互感器應(yīng)選用勵磁特性良好、鐵心不易飽和的型號及生產(chǎn)廠家。變
電站10kV母線PT一次額定電壓UN為10／3kV，有的 PT在1.9UN電壓作用下鐵心就
可能進(jìn)入飽和區(qū)，而母線實際運(yùn)行電壓為10～10.7kV。當(dāng)電網(wǎng)單相接地時，作用在
