電壓互感器諧振嚴重危害電力系統安全運行
長期以來，電力系統諧振及諧振過電壓嚴重威脅著電網的安全。特別是對中性點不接地系統，鐵磁諧振所占的比例較大，隨著電網的日益發展，中性點直接接地系統的鐵磁諧振問題越來越嚴重，出現的機率也越來越大。
電壓互感器（TV）廣泛用於電力系統，起著隔離高電壓與變換電壓的作用，對電力系統和電力設備的安全性與可靠性有著十分重要的意義。然而，由於一般所用電壓互感器的電磁特性、線路與設備的接地電容，使得系統產生鐵磁諧振，出現誤發接地信號、燒毀高壓熔斷器，甚至使電壓互感器過熱燒毀、噴油爆炸，嚴重影響電力系統的安全運行。
電力系統中存在著很多的電感電容儲能元件，當系統進行操作或發生故障時，變壓器、互感器等含鐵芯元件的非線性電感元件與系統中電容串聯可能引起鐵磁諧振，對電力系統安全運行構成危害。在中性點非直接接地系統中，鐵磁式電壓互感器引起的鐵磁諧振過電壓是常見的，是造成事故較多的一種內部過電壓，這種過電壓輕則使電壓互感器一次熔絲熔斷，重則燒毀電壓互感器，甚至炸毀瓷絕緣子及避雷器造成系統停運，在一定的電源作用下會產生串聯諧振現象，導致系統中出現嚴重的諧振過電壓。
“激發”才會發生電壓互感器諧振
陳慈萱的《過電壓保護原理與運行技術》在鐵磁諧振的7大性質中指出：只要“激發”才能發生諧振。
PT鐵磁諧振的7大性質：
◆很大的範圍內的C值都可能發生；
◆需要“激發”才能發生，如變壓器突然合閘、故障等產生的“激勵”；
◆C值太大時出現鐵磁諧振的可能性將減少；小系統容易發生鐵磁諧振；
◆過電壓幅值一般不會很高，電流卻很大；
◆諧振狀態可能自保持；
◆電流引起電壓“翻相”現象；
◆具有各次諧波諧振。
“激發”能量來源-對地電容記憶的電荷
在小電流接地系統中，除了電壓互感器的中性點接地外，系統其它的中性點都不接地，系統狀態改變時如故障、投切開關、雷擊等等，由於系統只有電壓互感器中性點接地，系統對地電容記憶的電荷只能通過電壓互感器泄放“激發”電壓互感器諧振，這種系統狀態變化記憶元件如對地電容記憶的能量正是“激發”能量的來源。
在中性點直接接地的電網中，電網中性點電位已被固定，但高壓斷路器斷口均壓電容與電壓互感器繞組電感形成的串聯迴路，在參數配合時，也有可能出現諧振過電壓，即斷路器斷開時均勻電容記憶的電荷對電壓互感器泄放“激發”諧振，斷路器斷開時均壓電容記憶的電荷的能量正是“激發”能量的來源。
鐵磁諧振的發生情況
◆運行線路長度發生變化時，系統對地電容電容與線路電阻發生改變，如空載線路投切操作、空母線充電、倒母線等，尤其是短母線進行倒母線時，極易產生對地電容引起的並聯諧振。
◆系統運行狀態突變，如線路瞬間接地、雷擊、雷電感應等，特別是單相接地，極易產生串聯諧振，在暫態激發條件下，TV鐵芯飽和電感量處於非線性變化，且諧振往往發生在故障消失後。
◆系統直接投入的電容而引起諧振，如補償電容器、並聯電抗等的投入，斷路器斷口打開時的並聯電容易產生並聯諧振。
◆運行狀態突變時，如拉合刀閘、跌落式熔斷器動作等，線路分合會產生多次或分次諧波，從而使ω發生變化，可能引起並聯或串聯諧振。
當前消除鐵磁諧振的方法
◆開口三角加燈泡，現在基本上不用了。優點：能夠消除一部分諧振。缺點：1、燈絲容易斷，正常時無法發現好壞；2、電阻阻值過大消諧效果差。
◆微機消諧器，是加燈泡的改進版，判斷諧振時在開口三角投入一個小阻值的電阻或短接。優點：克服了燈泡的缺點，對高頻、分頻諧振有效。缺點：1、不能對與單相接地特徵相同的工頻諧振消諧；2、被動式，諧振後才實施消諧。
◆4TV結構，等於抬高TV飽和點2倍，諧振是減少了，但是一旦TV發生諧振過電壓大致在相電壓的5倍以上，系統是耐受不了這種過電壓的，這種方法罕見使用。
◆在10kV及以下的母線上加裝電容器組或用一段電纜代替架空線路以減少XC0，使XC0＜0.01Xm。優點：降低了諧振的可能性。缺點：依然會發生諧振。
◆抗飽和鐵芯電壓互感器。優點：降低了諧振的可能性。缺點：1、依然會發生諧振；2、一旦諧振過電壓很高，TV沒有損壞，但其它設備卻被擊穿損壞。
◆10kV及以下互感器高壓繞組中性點經Rp·n≥0.06Xm(容量大於600W)的電阻接地。電阻容易燒毀，現在極少用。
◆碳化矽一次消諧器。偽技術產品，不僅不能消諧，而且會給系統帶來安全隱患。
免諧裝置原理
在電壓互感器開口三角投入電阻能夠消除電壓互感器諧振是一個公知的道理，為什麼微機消諧器要判斷諧振後才投入電阻呢？
沒有掌握開口三角的電壓-功率變化規律導致：
1、消諧電阻的阻值大小眾說紛紜。
2、開口三角輸出功率小於每相繞組功率時PT卻燒壞了。
3、工頻諧振與單相接地的特徵相同時無法區分。
4、單相接地時投入不恰當阻值的消諧電阻導致PT燒毀。
故：微機消諧器只能在判斷確認不是單相接地才實施消諧！
在電壓互感器開口三角投入電阻能夠消除電壓互感器諧振是一個公知的道理，消諧電阻越小消諧能力越好，但越易引起電壓互感器繞組過載，過載使鐵芯飽和引發新的諧振直至損壞電壓互感器，所以現有技術採用短時間投入小阻值消諧電阻甚至短接開口三角的辦法來消諧，以此防止長時間過載燒壞電壓互感器。一方面，現有技術的消諧器是諧振後才採取措施，也就是被動式保護方式；另一方面，實際運行中，是單相接地還是電壓互感器諧振在有些情況下難以判斷，而當無法準確判斷是諧振還是單相接地故障時，為了防止燒壞電壓互感器消諧電阻就不投入，也就是不短接開口三角。在單相接地時，投入消諧電阻使開口三角中的繞組過載引起鐵芯飽和產生新的電壓互感器諧振，造成很多誤區死區不能消諧，如單相接地引發的電壓互感器諧振由於微機消諧器不投入消諧電阻，現有技術的微機消諧器就無能為力了。
1、單相接地情況下對於消諧電阻的自動跟蹤調整
系統單相弧光接地故障時，一方面使開口三角有工頻電壓，很多諧振與單相接地故障特徵一模一樣，使微機消諧器對工頻諧振無法判斷而不能消諧；另一方面單相弧光接地持續間歇性的接地，反覆衝擊電壓互感器又使電壓互感器很容易諧振，此時現有技術的微機消諧器無法判斷而不敢投入消諧電阻，直至發生事故。
如圖1所示，以B相發生單相接地為例，Uam、Ubm、Ucm為開口三角三相的相電壓，Ua、Ub、Uc為B相接地時開口三角三相對地二次電壓，Uo為中性點對地電壓為開口三角電壓U△的三分之一，θ為零序電壓Uo與B相相電壓Ubm的夾角，B相接地A相對地電壓Ua最大，A相的視在功率最大，只要確保開口三角中A相繞組不過載其它兩相就不會過載開口三角電壓U△通過監測得到，在直角三角形△OBG中：
（1）
當θ﹤60O時，如圖1所示，在三角形△OAG中，OA和OG為已知，OA與OG的夾角為：
120O+θ，根據餘弦定律，以AG的長度表征的Ua即為：
（2）
當θ﹥60O時，如圖2所示，在三角形△OAG中，OA和OG已知，OA與OG的夾角為：
240O-θ，而240O-θ的餘弦值等於120O+θ的餘弦值，根據餘弦定律，以AG的長度表征的Ua與式（2）相同。
圖2單相接地故障θ>60o的電壓矢量圖
當θ=60O時，如圖3所示，Ua=50V，與通過式（2）計算的結果為相同。
圖3單相接地故障θ=60o的電壓矢量圖
令：R為消諧電阻，U△為開口三角電壓，I為開口三角的電流，I=U△/R，S為開口三角每相繞組的額定功率，Um為開口三角三相電壓中最大相相電壓。
由於常規電壓互感器勵磁特性是按照相額定電壓的1.9倍設計，其1.9被稱為電壓互感器勵磁特性電壓倍數K，故過載能力很強可以達到其額定視在功率1.9倍也不會導致其因過載而鐵芯飽和，對於抗飽和諧振的電壓互感器這個倍數會更高如K=2.5，對於B相單相接地時的A相電壓最大值Um=Ua，並有：
(3)
(4)
設Umx為系統三相二次電壓最大相相電壓，即電壓互感器的三相二次側電壓，則有：
(5)
帶入式(4)，有：
(6)
故有
(7)
因此，U△=100V時的電阻R100為：
(8)
對於A、C相單相接地可以類推。
2、三相不平衡的情況下對於消諧電阻的自動跟蹤調整
當三相不平衡時，系統中性點會漂移，開口三角會有工頻電壓，國家標準沒有規定中性點漂移電壓的具體值，但是運行上經驗一般不超過15V。
陳慈萱的《過電壓保護原理與運行技術》在講述電壓互感器諧振中指出：工頻諧振諧振點不會落線上電壓的三角形內，中性點距線電壓最近的距離為相電壓的二分之一，即：U0=（100/3）/2，那么對應開口三角電壓U△=3U0=50V，也就是說開口三角電壓U△小於50V的工頻電壓，絕對不是電壓互感器諧振引起的。
當開口三角電壓小於U△≦15V時，對應達到最大相的相電壓為
(9)
因而，無故障時投入的消諧電阻RO為最小
（10）
3、相間短路的情況下對於消諧電阻的自動跟蹤調整
兩相短路、三相短路會被微機保護裝置在700ms以內快速切除故障，無論開口三角設定什麼阻值的電阻都不會在700ms以內引起電壓互感器過載燒毀。
但是，最惡劣的兩相異地經大電阻接地短路，雖然極少，可是因短路電流很小微機保護裝置無法切除故障時會長時間存在，這種故障的特點是兩相電壓降低一相電壓不變，沒有任何一相升高，故式（7）、式(8)和式（10）都是按照大於相電壓調整消諧電阻，顯然，按本技術方法，這種惡劣的相間短路故障的發生不會使電壓互感器過載，就是說對於使用本技術方法，相間短路故障不會影響自動跟蹤調整消諧電阻的阻值的調整。
本技術有益效果體現在：
1）、讓諧振成為歷史，徹底根除了電壓互感器諧振，確保系統安全運行；
2）、實現主動消諧，不再被動地發生諧振後去判斷，消諧電阻自動跟蹤調整，消諧電阻全時段運行；
3）、解決了系統三相不平衡時開口三角可控消諧電阻的如何調整問題；
4）、解決了系統發生單相接地時可控消諧電阻的如何調整問題；
5）、解決了系統相間短路時可控消諧電阻的如何調整問題；
6）、解決了工頻諧振誤報單相接地的問題。
免諧裝置型號
其中，
開口三角繞組功率是指電壓互感器開口三角三相繞組中每相繞組的功率，單位為VA；
B：標準型是指電壓互感器勵磁特性電壓倍數為1.9；
K：抗飽和型是指電壓互感器勵磁特性電壓倍數為2.5。
免諧裝置原理圖示
免諧裝置適用電壓範圍
1、3～35(66))kV星形接線方式的電磁式電壓互感器；
2、110～1000kV星形接線方式的容性電壓互感器。
十、免諧裝置的組成單元
免諧裝置由主控機和能量控制箱兩部分組成，免諧裝置主控機安裝在儀表門上，免諧裝置能量控制箱安裝在電壓互感器櫃的下層或保護組屏櫃內。
YXT免諧裝置主控機
YXT免諧裝置能量控制箱
聯繫方式
公司名稱：合肥溢鑫電力科技有限公司
公司地址：安徽省合肥市包河區梁園路賈大郢
