電力系統(tǒng)中存在著許多儲能元件，當系統(tǒng)進行操作或發(fā)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(tǒng)中電容串聯(lián)可能引起鐵磁諧振，對電力系統(tǒng)安全運行構(gòu)成危害。在中性點不接地的非直接接地系統(tǒng)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(nèi)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(tǒng)停運。在一定的電源作用下會產(chǎn)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象，導致系統(tǒng)中出現(xiàn)嚴重的諧振過電壓。

1、電壓互感器引起鐵磁諧振的發(fā)生原因分析

在中性點不接地系統(tǒng)中，為了監(jiān)視對地絕緣，母線上常接有Y接線的電磁式電壓互感器，如圖1所示，圖中u0為電源電勢，C為線路等設(shè)備的對地電容，L為電壓互感器激磁電感，R0為中性點串聯(lián)消諧電阻。

在正常運行狀態(tài)下電壓互感器勵磁感抗很大，其數(shù)值范圍在兆毆級以上且各相對稱。C數(shù)值視線路長短而定，線路愈長容抗愈小，即以1km線路而言，其每相對地電容約0.004μF，故其容抗小于1MΩ，所以整個網(wǎng)絡(luò)對地仍呈容性且基本對稱，電網(wǎng)中性點的位移電壓很小,接近地電位。但電壓互感器的勵磁電感隨通過的電流大小而變化，其U-I特性如圖2所示。

由圖2可見，曲線的起始一段接近直線，其電感相應地保持常數(shù)。當激磁電流過大時，鐵芯飽和，則L值隨之大大降低。正常運行時鐵芯工作在直線范圍，當系統(tǒng)中出現(xiàn)某些波動，如電壓互感器突然合閘的巨大涌流、線路瞬間單相弧光接地等，使電壓互感器發(fā)生三相不同程度的飽和，以至破壞了電網(wǎng)的對稱，電網(wǎng)中性點就出現(xiàn)較高的位移電壓，造成工頻諧振或激發(fā)分頻諧振。

2、鐵磁諧振的特點

對于鐵磁諧振電路，在相同的電源電勢作用下，回路可能不只有一種穩(wěn)定的工作狀態(tài)。電路到底穩(wěn)定在哪種工作狀態(tài)，要看外界沖擊引起的過渡過程的情況。

TV的非線性鐵磁特性是產(chǎn)生鐵磁諧振的根本原因，但鐵磁元件的飽和效應本身，也限制了過電壓的幅值。此外回路損耗也使諧振過電壓受到阻尼和限制。當回路電阻大于一定的數(shù)值時，就不會出現(xiàn)強烈的鐵磁諧振過電壓。

串聯(lián)諧振電路，產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓的的必要條件是ω0=1/L0C＜ω。因此鐵磁諧振可在很大的范圍內(nèi)發(fā)生。

維持諧振振蕩和抵償回路電阻損耗的能量均由工頻電源供給。為使工頻能量轉(zhuǎn)化為其它諧振頻率的能量，其轉(zhuǎn)化過程必須是周期性，且有節(jié)律的，即…1/2(1，2，3…)倍頻率的諧振。

鐵磁諧振對TV的損壞，鐵磁諧振(分頻)一般應具備如下三個條件。

1、電磁式電壓互感器(TV)的非線性效應，是產(chǎn)生鐵磁諧振的主要原因。

２、TV感抗為容抗的100倍以內(nèi)，即參數(shù)匹配在諧振范圍。

３、要有激發(fā)條件，如投入和斷開空載母線、TV突然合閘、單相接地突然消失、外界對系統(tǒng)的干擾或系統(tǒng)操作產(chǎn)生的過電壓等。

由前面分析可知，事故中具備了3個條件，才導致了此次事故。當良站10kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，故障點流過電容電流，未接地的兩相B、C相電壓升高31/2，對系統(tǒng)產(chǎn)生擾動，在這一瞬間電壓突變過程中，TV高壓線圈的非接地兩相的勵磁電流就要突然增大，甚至飽和，由此構(gòu)成相間串聯(lián)諧振。飽和后的TV勵磁電感變小，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)對地阻抗趨于感性，此時若系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的對地電感與對地電容相匹配，就形成共振回路，激發(fā)各種鐵磁諧振過電壓。尤其是分頻鐵磁諧振可導致相電壓低頻擺動，勵磁感抗成倍下降，產(chǎn)生過電壓，過電壓幅值可達到近2~3.5Ue以上，但此過電壓達不到避雷器的動作電壓1.7kV，故母線避雷器并未動作。同時，感抗下降會使勵磁回路嚴重飽和，勵磁電流急劇加大，電流大大超過額定值，據(jù)電壓。當電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，由于此電阻阻值較小，故繞組兩端近似于短接，起到了改變電壓互感器參數(shù)的作用。這一措施不僅能防止電壓互感器發(fā)生磁飽和，而且能有效地消耗諧振能量，防止產(chǎn)生諧振過電壓。此方法常用在要求不太高的變電站，如消諧電阻采用電燈泡或電阻絲，當其損壞后將不會有消諧作用；當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，在開口三角側(cè)將產(chǎn)生100V的電壓，而由于電燈泡或電阻絲的冷態(tài)電阻是較小的，這將在TV開口三角側(cè)流過較大的電流引起TV損壞。

4.2.2在電壓互感器一次側(cè)中性點與地之間串接消諧電阻R0（又稱消諧器）

此電阻可用以削弱或消除引起系統(tǒng)諧振的高次諧波。模擬試驗表明：當R0/Xm≥5．51×10－3時，即使系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，也不會激發(fā)分頻鐵磁諧振。但阻值太大，則會影響系統(tǒng)接地保護的靈敏度。

消諧電阻R0的計算。先測出各電壓互感器二次側(cè)的勵磁感抗Xm，求出各電壓互感器并聯(lián)后的Xm值，再折算至一次側(cè)，即為系統(tǒng)總的Xm。R0的值應在0.0088～0.0500Xm間選擇。R0的容量可按P0＝U20/R0=(3R0Uφ/Xm)2/R0來選擇。

消諧電阻應按電壓互感器中性點處串接R0后，用開口三角處電壓UΔ的變化量ΔU