鐵磁諧振的基本原理（課堂PPT）

1、111.3 鐵磁諧振的基本原理 電力系統(tǒng)含有大量含鐵芯的電感，比如：變壓器激磁電感、電磁式電壓互感器、鐵芯電抗器等； 含鐵芯的電感，電感值隨電壓和電流而變化，不是一個常數(shù)。UI21. 1. 鐵磁諧振鐵磁諧振3ULUC4 諧振發(fā)生的必要條件：諧振發(fā)生的必要條件： L1/C 因為電感不是常數(shù)，所以諧振因為電感不是常數(shù)，所以諧振頻率也不是常數(shù)；頻率也不是常數(shù)； 工頻諧振工頻諧振 高頻諧振高頻諧振 分頻諧振分頻諧振5進入穩(wěn)定諧振狀態(tài)的條件：ULUCEUa1a2a3P6a a1 1, a, a2 2, a, a3 3工作點分析：工作點分析： a a1 1是穩(wěn)定工作點，電路呈感性，電容、是穩(wěn)定工作點，電路

2、呈感性，電容、電感電壓較低，回路電流較小，是非電感電壓較低，回路電流較小，是非諧振工作點。諧振工作點。 a a2 2是不穩(wěn)定工作點，微小擾動可使工是不穩(wěn)定工作點，微小擾動可使工作點偏離作點偏離a a2 2；7 a a3 3是穩(wěn)定工作點，電路呈容性，電容是穩(wěn)定工作點，電路呈容性，電容電感電壓和電流急劇增大，電感電壓和電流急劇增大，稱為諧振稱為諧振狀態(tài)的工作點。狀態(tài)的工作點。 為什么為什么P P點（點（L=1/CL=1/C）不是諧振點？）不是諧振點？ 因為因為P P點不是穩(wěn)定工作點，回路將偏離點不是穩(wěn)定工作點，回路將偏離P P點，最終工作點穩(wěn)定在點，最終工作點穩(wěn)定在a a3 3點。點。 因為因為a

3、 a3 3點已經(jīng)出現(xiàn)諧振過電壓和過電點已經(jīng)出現(xiàn)諧振過電壓和過電流，因此將流，因此將a a3 3稱為諧振點。稱為諧振點。8鐵磁諧振的激發(fā)：EmnUI外電源E的增大超過m點后，回路電流從感性突變?yōu)槿菪?，并進入諧振工作點n9分析結(jié)論：1）工作電壓較低時，存在兩個工作點a1和a3 ；2）工作電壓超過一定值時，只存在一個工作點a3 ；3）存在兩個工作點時，正常時處于a1工作點； 當(dāng)出現(xiàn)劇烈過渡過程時，工作點可能越變到a3 ，激發(fā)諧振現(xiàn)象。10鐵磁諧振的特點： 發(fā)生鐵磁諧振的必要條件是L1/C； 滿足必要條件前提下，回路存在不止一種工作狀態(tài)，是否進入諧振狀態(tài)，要看電源過渡過程劇烈程度； 鐵磁諧振產(chǎn)生過電壓

4、與過電流，且能自我保持；11 鐵磁諧振的發(fā)生是因為鐵磁元件的飽和。過電壓受鐵芯飽和和回路損耗的限制； 諧振頻率不是常數(shù)，可以等于電源頻率（50Hz）、可以為工頻倍數(shù)（高次諧波）、可以為分數(shù)次諧波；12回路電阻（損耗）的影響：EmnUIR1R2R2 R1回路損耗阻礙了回路從正常工作點躍變到諧振點的過程。13高次諧波諧振基本現(xiàn)象： 以三次諧波為例，中性點出現(xiàn)較高三次諧波電壓，與工頻電壓疊加。 往往使三相電壓同時升高或一相升高。 較高的高次諧波諧振過電壓可能引起電壓互感器絕緣損壞或避雷器爆炸；14分數(shù)次諧波諧振基本現(xiàn)象： 不僅具有一定幅值的過電壓，也會在電感線圈中出現(xiàn)極大的過電流倍數(shù)（可達額定電流的

5、幾百倍以上）； 往往造成TV高壓熔斷器熔絲燒斷、嚴重的燒毀TV； 因為頻差，三相電壓表出現(xiàn)低頻擺動； 分頻諧振常常發(fā)生在有串聯(lián)補償?shù)碾娋W(wǎng)中；15基波諧振基本現(xiàn)象： 中性點出現(xiàn)位移電壓； 某一相電壓數(shù)值降低，但不為零；其余兩相對地電壓升高，其值超過線電壓，產(chǎn)生“虛幻接地”現(xiàn)象。 零序電壓往往同時出現(xiàn)過電壓；16小結(jié)： 鐵磁諧振的發(fā)生是因為鐵磁元件的飽和； 發(fā)生鐵磁諧振的必要條件是L1/C； 電源出現(xiàn)劇烈擾動時，回路可能進入諧振狀態(tài)； 諧振頻率可以是工頻、高次諧波和分次諧波； 回路損耗對諧振起到限制作用；17電力系統(tǒng)常見非線性諧振過電壓 傳遞過電壓 斷線諧振過電壓 電磁式電壓互感器鐵磁諧振過電壓1

6、81.傳遞過電壓 是一種線性諧振，但有時會激發(fā)鐵磁諧振；19 電網(wǎng)出現(xiàn)不對稱接地，斷路器非全相電網(wǎng)出現(xiàn)不對稱接地，斷路器非全相或不同期操作時，中性點電壓將顯著或不同期操作時，中性點電壓將顯著增大；增大； 通過靜電、電磁耦合，在不同繞組間通過靜電、電磁耦合，在不同繞組間或相鄰線路間發(fā)生電壓傳遞現(xiàn)象；或相鄰線路間發(fā)生電壓傳遞現(xiàn)象； 在不利的參數(shù)配合下，出現(xiàn)線性串聯(lián)在不利的參數(shù)配合下，出現(xiàn)線性串聯(lián)諧振或鐵磁諧振狀態(tài)。諧振或鐵磁諧振狀態(tài)。20 防止傳遞過電壓的方法：防止傳遞過電壓的方法： 避免出現(xiàn)中性點位移電壓，可盡避免出現(xiàn)中性點位移電壓，可盡量使斷路器三相同期動作，不出量使斷路器三相同期動作，不出現(xiàn)

7、非全相操作；現(xiàn)非全相操作； 選擇消弧線圈的脫諧度，錯開串選擇消弧線圈的脫諧度，錯開串聯(lián)諧振條件；聯(lián)諧振條件；212.2.斷線引起的諧振過電壓斷線引起的諧振過電壓 電力系統(tǒng)中常見電力系統(tǒng)中常見基波鐵磁諧振基波鐵磁諧振。 斷線諧振一般包括以下情況：斷線諧振一般包括以下情況： 線路故障斷線；線路故障斷線； 斷路器不同期合閘；斷路器不同期合閘； 熔斷器不同時熔斷；熔斷器不同時熔斷； 只要電源側(cè)或負荷側(cè)有一側(cè)中性點不接只要電源側(cè)或負荷側(cè)有一側(cè)中性點不接地，可能組成復(fù)雜的非線性諧振回路，地，可能組成復(fù)雜的非線性諧振回路，出現(xiàn)諧振過電壓。出現(xiàn)諧振過電壓。22三相對稱電源接有空載變壓器三相對稱電源接有空載變壓

8、器23等值電路等值電路24戴維南等值電路發(fā)生基波鐵磁諧振的必要條件：發(fā)生基波鐵磁諧振的必要條件：C1L25防止斷線諧振過電壓的技術(shù)措施 保證斷路器的三相同期動作；避免發(fā)生拒動；不采用熔斷器； 加強線路的巡視和檢修，預(yù)防發(fā)生斷線； 斷路器操作后又異?，F(xiàn)象，可立即復(fù)原，并進行檢查； 中性點接地電網(wǎng)中，操作中性點不接地的負載變壓器時，應(yīng)將變壓器中性點臨時接地。263.3.電磁式電壓互感器飽和引起的電磁式電壓互感器飽和引起的諧振過電壓諧振過電壓27等值接線 下面分析正常時和劇烈擾動時的TV上的電壓和電流28分析結(jié)論：分析結(jié)論： 正常時，中性點電位等于零，回路呈正常時，中性點電位等于零，回路呈容性；容性

9、； 當(dāng)出現(xiàn)劇烈擾動時，鐵芯電感飽和；當(dāng)出現(xiàn)劇烈擾動時，鐵芯電感飽和； 當(dāng)參數(shù)配合不當(dāng)，發(fā)生串聯(lián)諧振，在當(dāng)參數(shù)配合不當(dāng)，發(fā)生串聯(lián)諧振，在中性點（對地電容）出現(xiàn)很高的電壓；中性點（對地電容）出現(xiàn)很高的電壓； 中性點位移，將引起中性點位移，將引起TV三相電壓發(fā)三相電壓發(fā)生變化生變化29限制諧振過電壓的措施：1）選用勵磁特性好的TV或用電容式電壓互感器（CVT）；2）增大對地電容，使容抗(Xc)與感抗(XL)的比值小于0.01可避免諧振 。3）在出現(xiàn)諧振時，可臨時投入線路，增大電容消除諧振；4）中性點可經(jīng)消弧線圈接地。5）在零序回路中接入阻尼電阻。 TV開口三角繞組短時接入R； TV一次繞組中性點對地接入非線性消諧電阻；30開口三角接入阻尼電阻： 我國有關(guān)規(guī)程規(guī)定：R=0.4Xm Xm為互感器在線電壓作用下，每相勵磁感抗換算到開口三角繞組兩端的電抗值； 35kV