铁磁谐振

好的，我们来详细解释一下“铁磁谐振”。

铁磁谐振（Ferroresonance）是指在电力系统（特别是中高压系统中）发生的一种特殊类型的非线性谐振现象。它通常发生在包含非线性电感元件（典型代表是铁芯线圈，如电压互感器、变压器）和系统电容元件（线路对地电容、相间电容、补偿电容、断路器均压电容等）的回路中。

以下是铁磁谐振的关键特征和要点：

核心原理：非线性电感
- 普通线性谐振（如RLC串联谐振）的电感值是恒定的。
- 铁磁谐振的核心在于铁芯电感（如电压互感器、变压器的励磁电感）具有强烈的非线性特性。当铁芯线圈两端的电压升高时，铁芯会趋向磁饱和。
- 磁饱和时，电感值会急剧减小。这种电感值随电压或电流变化而剧烈变化的特性是产生铁磁谐振的根本原因。
发生条件
- 非线性电感元件存在： 主要是铁芯未饱和时具有较大励磁电感的设备，如电磁式电压互感器。
- 电容元件存在： 线路对地电容、相间电容、耦合电容器、断路器断口电容、补偿电容器等。
- 激发源： 需要扰动来触发。常见的激发因素有：
  - 线路开关合闸或分闸（特别是空母线充电或线路单相接地故障切除后）。
  - 系统发生单相接地故障或故障消失瞬间。
  - 雷击或其他原因引起的过电压。
- 系统参数匹配： 在特定条件下（取决于电感、电容的非线性关系），系统的等效L-C参数组合满足谐振条件（频率关系）。由于电感是非线性的，这种谐振点不止一个。
主要现象
- 过电压： 产生远高于系统额定电压的过电压（可能达到数倍额定电压），威胁设备绝缘。
- 过电流： 流过非线性电感的电流可能非常大（包含丰富的谐波），导致设备过热甚至烧毁。
- 电压异常：
  - 相电压表发生指示异常（一相、两相或三相电压升高，或以低频摆动）。
  - 虚幻接地现象（系统实际无接地故障，但电压互感器指示某相电压降低或为零，其他两相升高）。
- 谐波丰富： 电压和电流波形发生严重畸变，含有丰富的低频次谐波（如1/2次、1/3次、1/5次等）或高频谐波（如3次、5次等）。
- 振荡与不稳定： 电压和电流可能呈现显著的摆动或拍频现象，系统运行状态不稳定。
常见类型（按谐振频率分）
- 工频谐振： 谐振频率接近工频（50/60Hz），电压波形畸变严重。
- 分频谐振： 最常见的危险类型之一，谐振频率是工频的分数倍（如1/2次 - 25Hz， 1/3次 - 16.7Hz）。此时电压互感器励磁电流极大，极易烧毁。
- 高频谐振： 谐振频率是工频的整数倍（如3次 - 150Hz，5次 - 250Hz）。过电压幅值可能很高。
易发系统
- 中性点不接地系统或中性点经消弧线圈接地系统最常见。因为这类系统单相接地时，健全相对地电压会升高到线电压，更容易激发PT铁芯饱和。
- 带有较长空载或轻载线路的系统。
- 使用电磁式电压互感器进行母线电压监测的系统。
主要危害
- 设备损坏：
  - 电压互感器烧毁： 分频谐振时巨大的过电流是主要原因。
  - 设备绝缘击穿： 过电压可能导致变压器、避雷器、电缆头、支持绝缘子等设备的绝缘损坏。
  - 避雷器爆炸： 持续的过电压可能导致避雷器长时间导通而爆炸。
- 保护误动或拒动： 异常的电压电流信号可能导致继电保护装置误判系统状态（如误发接地信号），发生误动或拒动。
- 测量仪表指示错误： 影响运行人员对系统状态的判断。
- 电能质量恶化： 电压波形严重畸变。
抑制与消除措施
- 改变系统参数，破坏谐振条件：
  - 在电压互感器一次绕组中性点加装阻尼电阻（最常用有效措施）。
  - 在电压互感器开口三角绕组加装阻尼电阻或消谐装置（微机消谐装置）。
  - 选用励磁特性好（不易饱和）、饱和点高的电压互感器。
  - 选用电容式电压互感器替代电磁式电压互感器（CVT本质上是一个电容分压器，其等效电感很小，不易发生铁磁谐振）。
  - 增加对地电容（如增加空载线路长度）。
- 改变运行方式：
  - 避免操作方式形成易谐振的拓扑（如避免只带PT的空母线运行）。
  - 临时投入线路或站用变以增加负荷。
- 减小激发因素：
  - 提高断路器动作的同期性，减少分合闸操作引起的扰动。
  - 提高线路绝缘水平，减少单相接地故障发生概率。
- 快速消除谐振：
  - 投入空载线路或站用变。
  - 切除电压互感器（作为最后手段）。

总结来说：

铁磁谐振是电力系统中因铁芯电感的非线性饱和特性与系统电容参数匹配，在特定激发条件下产生的非线性谐振现象。它会产生危险的过电压和大电流，导致电压互感器烧毁、设备绝缘损坏、保护误动等严重后果，主要发生在中性点不接地或经消弧线圈接地系统中。常用的抑制措施是在PT中性点或开口三角绕组加装阻尼电阻或消谐装置，以及选用合适的设备（如CVT）。