第一節(jié) 電力系統(tǒng)的諧振過電壓

電力系統(tǒng)中有許多電感、電容元件，例如電力變壓器、互感器、發(fā)電機(jī)、電抗器等的電感；線路導(dǎo)線的對(duì)地與相間電容、補(bǔ)償用的串聯(lián)和并聯(lián)電容器組、各種高壓設(shè)備的等值電容。它們的組合可以構(gòu)成一系列不同自振頻率的振蕩回路。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行操作或發(fā)生故障時(shí)，某些振蕩回路就有可能與外加電源發(fā)生諧振現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)中某些部分(或設(shè)備)上出現(xiàn)過電壓，這就是諧振過電壓。

諧振是一種周期性或準(zhǔn)周期性的運(yùn)行狀態(tài)，其特征是某一個(gè)或某幾個(gè)諧波的幅值急劇上升。復(fù)雜的電感、電容電路可以有一系列的自振頻率，而電源中也往往含有一系列的諧波，因此只要某部分電路的自振頻率與電源的諧波頻率之一相等(或接近)時(shí)，這部分電路就會(huì)出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。諧振頻率，也即諧振過電壓的頻率可以是工頻50Hz，也可以是高于工頻的高次頻率，也可以是低于工頻的分次頻率。

在不同電壓等級(jí)以及不同結(jié)構(gòu)的電力系統(tǒng)中可以產(chǎn)生不同類型的諧振，按其性質(zhì)可分為以下三類。

1. 線性諧振

線性諧振是電力系統(tǒng)中簡(jiǎn)單的諧振形式。線性諧振電路中的參數(shù)是常數(shù)，不隨電壓或電流變化，這些電路元件主要是不帶鐵芯的電感元件(如線路電感和變壓器漏感)或勵(lì)磁特性接近線性時(shí)的有鐵芯電感(如消弧線圈，其鐵芯中通常有空氣隙)，以及系統(tǒng)中的電容元件(如線路對(duì)地與相間電容、設(shè)備等值電容、補(bǔ)償電容等)。在正弦交流電源作用下，當(dāng)系統(tǒng)自振頻率與電源頻率相等或接近時(shí)，就發(fā)生線性諧振。

在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，可能出現(xiàn)的線性諧振有：空載長(zhǎng)線路電容效應(yīng)引起的諧振，中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中不對(duì)稱接地故障時(shí)的諧振(系統(tǒng)零序電抗與正序電抗在特定配合下)，消弧線圈全補(bǔ)償時(shí)(如欠補(bǔ)償?shù)南【€圈在遇某些情況像電壓擾動(dòng)時(shí)會(huì)形成全補(bǔ)償)的諧振以及某些傳遞過電壓的諧振。

2.鐵磁諧振(非線性諧振)

鐵磁諧振回路是由帶鐵芯的電感元件(如變壓器、電壓互感器)和系統(tǒng)的電容元件組成。因鐵芯電感元件的飽和現(xiàn)象，使回路的電感參數(shù)是非線性的，這種含有非線性電感元件的回路，在滿足一定諧振條件時(shí)，會(huì)產(chǎn)生鐵磁諧振，而且它具有與線性諧振不同的特點(diǎn)和性能。

3. 參數(shù)諧振

參數(shù)諧振是指水輪發(fā)電機(jī)在正常的同步運(yùn)行時(shí)，直軸同步電抗X_d與交軸同步電抗X_q周期性地變動(dòng)，或同步發(fā)電機(jī)在異步運(yùn)行時(shí)，其電抗將在X?_d～X_q之間周期性地變動(dòng)，如果與發(fā)電機(jī)外電路的容抗X_c滿足諧振條件，就有可能在電感參數(shù)周期性變化的振蕩回路中，激發(fā)起諧振現(xiàn)象，稱為參數(shù)諧振。

諾振是一種穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，因此諧振過電壓不僅會(huì)在操作或故障時(shí)的過渡過程中產(chǎn)生，而且

還可能在過渡過程結(jié)束以后，較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定存在，直到發(fā)生新的操作或故障，諧振條件受到破壞為止。所以一旦出現(xiàn)這種不僅幅值較高而且持續(xù)時(shí)間又較長(zhǎng)的諧振過電壓，往往會(huì)造成嚴(yán)重后果。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，諧振過電壓可在各電壓等級(jí)的電網(wǎng)中產(chǎn)生，尤其是在35kV及以下的電網(wǎng)中，由諧振過電壓造成的事故較多，已成為一個(gè)普遍關(guān)注的問題。因此必須在設(shè)計(jì)和操作時(shí)事先進(jìn)行必要的計(jì)算和安排，避免形成不利的諧振回路，或者采取一定的附加措施(如裝設(shè)阻尼電阻等)，以防止諧振的產(chǎn)生或降低諧振過電壓的幅值及縮短其持續(xù)時(shí)間。

第二節(jié) 鐵磁諧振的基本原理

一、鐵磁諧振

鐵磁諧振僅發(fā)生于含有鐵芯電感的電路中。鐵芯電感的電感值隨電壓、電流的大小而變化，不是一個(gè)常數(shù)，所以鐵磁譜振又稱為非線性諧振。

圖10-1為簡(jiǎn)單的R、C和鐵芯電感L的串聯(lián)電路。假設(shè)在正常運(yùn)行條件下，其初始狀態(tài)是感抗大于容抗，即，此時(shí)不具備線性諧振條件。但當(dāng)鐵芯電感兩端電壓有所升高時(shí)，或電感線圈中出現(xiàn)涌流時(shí)，就有可能使鐵芯飽和，其感抗隨之減小。當(dāng)降至即，滿足串聯(lián)諧振條件時(shí)，發(fā)生諧振，且在電感和電容兩端形成過電壓，這種現(xiàn)象稱為鐵磁諧振現(xiàn)象。

因?yàn)橹C振回路中電感不是常數(shù)，故回路沒有固定的自振頻率(即ω₀非定值)。當(dāng)諧振頻率f₀為工頻(50Hz)時(shí)，回路的諧振稱為基波諧振；當(dāng)諧振頻率為工頻的整數(shù)倍(如3倍、5倍等)時(shí)，回路的諧振稱為高次諧波諧振；同樣的回路中也可能出現(xiàn)諧振頻率為分次(如1/3次，1/5次等)的諧振，稱為分次諧波諧振。因此，具有各種諧波諧振的可能性是鐵磁諧振的重要特點(diǎn)，此特點(diǎn)是線性諧振沒有的。

二、鐵磁諧振產(chǎn)生的物理過程

我們以基波諧振為例。

圖10-2畫出了鐵芯電感和電容上的電壓隨電流變化的曲線U_L、U_c，電壓和電流都用有效值表示。顯然U_c應(yīng)是一根直線（）。對(duì)鐵芯電感，在鐵芯未飽和前，U_L基本上是一直線(見圖中U_L的起始部分)，它具有未飽和的電感值L₀，當(dāng)鐵芯飽和以后，電感值減小，則U_L不再是直線。前面已分析過當(dāng)正常運(yùn)行條件下，鐵芯電感的感抗要大于容抗，才有可能在鐵芯飽和之后，由于電感值的下降而出現(xiàn)感抗等于容抗的諧振條件，即未飽和時(shí)電感值L₀應(yīng)滿足，這是產(chǎn)生鐵磁諧振的必要條件但不是充分條件。只有滿足上述條件，伏安特性U_L、U_C才有可能相交。從物理意義上可理解為：當(dāng)滿足以上條件時(shí)，電感未飽和時(shí)電路的自振頻率低于電源頻率。而隨鐵芯的飽和，鐵芯線圈中電流的增加，電感值下降，使得在某一電流值(或電壓)下，回路的自振頻率正好等于或接近電源頻率，見U_L、U_C兩伏安特性曲線的交點(diǎn)。

若忽略回路電阻，則回路中L和C上的壓降之和應(yīng)與電源電動(dòng)勢(shì)相平衡，即，由于相位相反，故此平衡方程變?yōu)?/span>E=?U，而?U=|U_L-U_C|。在圖10-2中也畫出了?U曲線。從圖中可看到?U曲線與E線(虛線)在三處(a₁、a₂、a₃)相交，這三點(diǎn)都滿足電壓平衡條件E=?U，稱為平衡點(diǎn)。根據(jù)物理概念：平衡點(diǎn)滿足電壓的平衡條件，但不一定滿足穩(wěn)定條件，而不滿足穩(wěn)定條件的點(diǎn)就不能成為實(shí)際的工作點(diǎn)。通?？捎?/span>“小擾動(dòng)"來考察某平衡點(diǎn)是否穩(wěn)定。即假定有一個(gè)小擾動(dòng)使回路狀態(tài)離開平衡點(diǎn)，然后分析回路狀態(tài)能否回到原來的平衡點(diǎn)狀態(tài)，若能回到平衡點(diǎn)，則說明該平衡點(diǎn)是穩(wěn)定的，能成為回路的實(shí)際工作點(diǎn)；否則，若小擾動(dòng)以后，回路狀態(tài)越來越偏離平衡點(diǎn)，則該平衡點(diǎn)是不穩(wěn)定的，不能成為回路的實(shí)際工作點(diǎn)。

根據(jù)這個(gè)原則，來判斷平衡點(diǎn)a₁、a₂、a₃哪是穩(wěn)定的，哪是不穩(wěn)定的。對(duì)a₁點(diǎn)來說，若回路中的電流出于某種擾動(dòng)而有微小的增加，?U沿曲線偏離a₁點(diǎn)到點(diǎn)，此時(shí)E＜?U，即外加電動(dòng)勢(shì)小于總壓降，使電流減小，從而從又回到a₁；相反，若擾動(dòng)使電流有微小的下降，?U沿曲線偏離a₁點(diǎn)到點(diǎn)，此時(shí)E＞?U，即外加電勢(shì)大于總壓降，使得電流增大，從而從又回到a₁。根據(jù)以上判斷，可見a₁點(diǎn)是穩(wěn)定的。用同樣方法可以判斷a₃點(diǎn)也是穩(wěn)定的。對(duì)a₂點(diǎn)來說，若回路中的電流由于某種擾動(dòng)而有微小的增加從a₂偏離至點(diǎn)，此時(shí)外加電動(dòng)勢(shì)E將大于?U，這使得回路電流繼續(xù)增加，直致達(dá)到新的平衡點(diǎn)a₃為止；反之，若擾動(dòng)使電流稍有減小，?U沿曲線從a₂點(diǎn)偏離至點(diǎn)，此時(shí)外加電動(dòng)勢(shì)E不能維持總壓降?U，這使回路電流繼續(xù)減小，直到穩(wěn)定的平衡點(diǎn)a₁為止。可見平衡點(diǎn)a₂不能經(jīng)受任何微小的擾動(dòng)，是不穩(wěn)定的。

由此可見，在一定外加電動(dòng)勢(shì)E的作用下，鐵磁諧振回路穩(wěn)定時(shí)可能有兩個(gè)穩(wěn)定工作狀態(tài)，即a₁點(diǎn)與a₃點(diǎn)。在a₁點(diǎn)工作狀態(tài)時(shí)，U_L＞U_C，整個(gè)回路呈電感性，回路中電流很小，電感上與電容上的電壓都不太高，不會(huì)產(chǎn)生過電壓，回路處于非諧振工作狀態(tài)。在a₃點(diǎn)工作狀態(tài)時(shí)，U_L＜U_C，回路呈電容性，此時(shí)不僅回路電流較大，而且在電感電容上都會(huì)產(chǎn)生較大的過電壓(見圖10-2，U_C、U_L都大大超過E)。串聯(lián)鐵磁諧振現(xiàn)象，也可從電源電動(dòng)勢(shì)E增加時(shí)回路工作點(diǎn)的變化中看出。如圖10-3所示，當(dāng)電動(dòng)勢(shì)E由零逐漸增加時(shí)，回路的工作點(diǎn)將由0點(diǎn)逐漸上升到m點(diǎn)，然后躍變到n點(diǎn)，同時(shí)回路電流將出感性突然變成容性，這種回路電流相位發(fā)生180°的突然變化的現(xiàn)象，稱為相位反傾現(xiàn)象。在躍變過程中，回路電流激增，電感和電容上的電壓也大幅度地提高，這就是鐵磁諧振的基本現(xiàn)象。

從圖10-2可以看到，當(dāng)電動(dòng)勢(shì)E較小時(shí)，回路存在兩個(gè)可能的工作點(diǎn)a₁、a₃，而當(dāng)E超過一定值以后，只可能存在一個(gè)工作點(diǎn)(圖10-2中a₃點(diǎn)右移)。當(dāng)存在兩個(gè)工作點(diǎn)時(shí)，若電源電動(dòng)勢(shì)沒有擾動(dòng)，則只能處在非諧振工作點(diǎn)a₁。為了建立起穩(wěn)定的諧振(工作于a₃點(diǎn))，回路必須經(jīng)過強(qiáng)烈的過渡過程，如電源的突然合閘等。這時(shí)到底工作在非諧振工作點(diǎn)a₁還是諧振工作點(diǎn)a₃，取決于過渡過程的激烈程度。這種需要經(jīng)過過渡過程來建立諧振的現(xiàn)象，稱為鐵磁諧振的激發(fā)。但是諧振一旦激發(fā)(即經(jīng)過渡過程之后工作于a₃)，則諧振狀態(tài)可能“自保持"(因?yàn)閍₃點(diǎn)屬于穩(wěn)定工作點(diǎn))，維持很長(zhǎng)時(shí)間而不衰減。

我們?cè)賮砜磮D10-2中的P點(diǎn)，在該點(diǎn)，U_C =U_L，這時(shí)回路發(fā)生串聯(lián)諧振(回路的自振角頻率ω₀等于電源角頻率ω)。但P點(diǎn)不是平衡點(diǎn)故不能成為工作點(diǎn)，由于鐵芯的飽和，隨著振蕩的發(fā)展，在外界電動(dòng)勢(shì)作用下，回路將偏離P點(diǎn)，最終穩(wěn)定于a₃或a₁點(diǎn)。而在 a₃工作點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)鐵磁諧振過電壓，正因如此，我們將a₃點(diǎn)而不是P點(diǎn)稱為諧振點(diǎn)。

綜上所述，可以總結(jié)鐵磁諧振的幾個(gè)主要特點(diǎn)：

(1)發(fā)生鐵破講振的必要條件是諧振回路中，L₀為在正常運(yùn)行條件下，即非飽和狀態(tài)下回路中鐵芯電感的電感值。這樣，對(duì)于一定的L₀值，在很大的C值范圍內(nèi)（即)都可能產(chǎn)生鐵磁諧振。

(2)對(duì)于滿足必要條件的鐵磁諧振回路，在相同的電源電動(dòng)勢(shì)作用下，回路可能有不只一種穩(wěn)定工作狀態(tài)(如就基波而言，就有非諧振狀態(tài)和諧振狀況兩種穩(wěn)定工作狀態(tài))?；芈肪烤故翘幱谥C振工作狀態(tài)還是處于非諧振工作狀態(tài)要看外界激發(fā)引起過渡過程的情況。在這種激發(fā)過程中，伴隨電路由感性突變成容性的相位反傾現(xiàn)象，且一旦處于諧振狀態(tài)下，將產(chǎn)生過電流與過電壓，諧振也能繼續(xù)保持。

(3)鐵磁諧振是由電路中鐵磁元件鐵芯飽和引起的。但鐵芯的飽和現(xiàn)象也限制了過電壓的幅值。此外，回路損耗(如有功負(fù)荷或電阻損耗)也使諧振過電壓受到阻尼和抑制。當(dāng)回路電阻大到一定數(shù)值，就不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的鐵磁譜振過電壓。這就說明為什么電力系統(tǒng)中的鐵磁諧振過電壓往往發(fā)生在變壓器處于空載或輕載的時(shí)候。

上面就基波鐵磁諧振過程進(jìn)行了分析。實(shí)際運(yùn)行和實(shí)驗(yàn)分析表明，在鐵芯電感的振蕩回路中，如滿足一定的條件，還可能出現(xiàn)持續(xù)性的高次諧波鐵磁諧振與分次諧波鐵磁諧振，在某些特殊情況下，還會(huì)同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)以上頻率的鐵磁諧振。

第三節(jié) 幾種常見的諧振過電壓

一、傳遞過電壓

傳遞過電壓發(fā)生于中性點(diǎn)絕緣或經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)中。在正常運(yùn)行條件下，此類電網(wǎng)的中性點(diǎn)位移電壓很小(當(dāng)三相平衡運(yùn)行，即零序電流為零時(shí)，中性點(diǎn)位移電壓為零)。但是，當(dāng)電網(wǎng)中發(fā)生不對(duì)稱接地故障、斷路器非全相或不同期操作時(shí)，中性點(diǎn)位移電壓將顯著增大，通過靜電耦合和電磁耦合，在變壓器的不同繞組之間或各相鄰的輸電線路之間會(huì)發(fā)生電壓的傳遞現(xiàn)象，若此時(shí)在不利的參數(shù)配合下使耦合回路處于線性串聯(lián)諧振或鐵磁諧振狀態(tài)，那就會(huì)出現(xiàn)線性諧振過電壓或鐵磁諧振過電壓，這就是傳遞過電壓。

下面就發(fā)電機(jī)一升壓變壓器接線分析這種傳遞過電壓的產(chǎn)生過程。圖10-4(a)為一發(fā)電機(jī)一升壓變壓器組的接線圖。

變壓器高壓側(cè)相電壓為U_X，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地(或中性點(diǎn)絕緣)，C₁₂為變壓器高低壓繞組間的耦合電容，C₀為低壓側(cè)每相對(duì)地電容，L為低壓側(cè)對(duì)地等值電感(包括消弧線圈電感與電壓互感器勵(lì)磁電感)。當(dāng)發(fā)生前面所述不對(duì)稱接地等故障時(shí)，將出現(xiàn)較高的高壓側(cè)中性點(diǎn)位移電壓，即零序電壓(單相接地時(shí)達(dá)相電壓)。的電壓將通過靜電與電磁的耦合傳遞至低壓側(cè)?？紤]主要通過耦合電容C₁₂的靜電耦合時(shí)，等值電路見圖10-4(b)，傳遞至低壓側(cè)的電壓為。通常低壓側(cè)消弧線圈采取過補(bǔ)償運(yùn)行，所以L與3C₀并聯(lián)后呈感性，即并聯(lián)后阻抗為感性阻抗。在特定情況下，當(dāng)時(shí)，即時(shí)，將發(fā)生串聯(lián)諧振，達(dá)到很高的數(shù)值，即出現(xiàn)了傳遞過電壓。當(dāng)出現(xiàn)這種傳遞過電壓時(shí)同時(shí)伴隨消弧線圈、電壓互感器等的鐵芯飽和時(shí)可表現(xiàn)為鐵磁諧振，否則為線性諧振。

防止傳遞過電壓的辦法首先是盡量避免出現(xiàn)中性點(diǎn)位移電壓，如盡量使斷路器三相同期動(dòng)作，不出現(xiàn)非全相操作等措施；其次是適當(dāng)選擇低壓側(cè)消弧線圈的脫諧度，如錯(cuò)開串聯(lián)諧振條件。

二、斷線引起的諧振過電壓

電力系統(tǒng)中發(fā)生基波鐵磁諧振比較典型的另一類情況是斷線過電壓。所謂斷線過電壓是泛指由于線路故障斷線、斷路器的不同期切合和熔斷器的不同期熔斷時(shí)引起的鐵磁諧振過電壓。只要電源側(cè)和受電側(cè)中任一側(cè)中性點(diǎn)不接地，在斷線時(shí)，都可能出現(xiàn)諧振過電壓，導(dǎo)致避雷器爆炸，負(fù)載變壓器相序反傾和電氣設(shè)備絕緣閃絡(luò)等現(xiàn)象

對(duì)于斷線過電壓，最常遇到的是三相對(duì)稱電源供給不對(duì)稱三相負(fù)載。下面以中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)線路末端接有空載(或輕載)變壓器，變壓器中性點(diǎn)不接地，其中一相(例如A相)導(dǎo)線斷線為例分析斷線過電壓的產(chǎn)生過程。

如圖10-5所示，忽略電源內(nèi)阻抗及線路阻抗(相比于線路電容來講數(shù)值很小)，L為空載(或輕載)變壓器每相勵(lì)磁電感，C₀為每相導(dǎo)線對(duì)地電容，C₁₂為導(dǎo)線相間電容，l為線路長(zhǎng)度，變壓器接在線路末端。若在離電源xl(x＜1)處發(fā)生一相導(dǎo)線(A相)斷線，斷線處兩側(cè)A相導(dǎo)線的對(duì)地電容分別為C?₀=xC₀與C??₀=(1-x)C₀。斷線處變壓器側(cè)A相導(dǎo)線的相間電容為C"₁₂ =(1-x)C₁₂。設(shè)線路的正序電容與零序電容的比值為

一般δ=1.5～2.0，由上式得

由于電源三相對(duì)稱，且當(dāng)A相斷線后，B、C相在電路上對(duì)稱，因而可以簡(jiǎn)化成圖10-5(b)所示的單相等值電路。對(duì)此等值電路，還可應(yīng)用有源兩端網(wǎng)絡(luò)的戴維南定理進(jìn)一步簡(jiǎn)化為如圖10-6所示的串聯(lián)諧振電路。在此電路中，等值電動(dòng)勢(shì)就是圖10-5(b)中a、b兩點(diǎn)間的開路電壓，等值電容C為圖10-5(b)中a、b兩點(diǎn)間的入口電容。通過計(jì)算可求得

隨著斷線(非全相運(yùn)行) 的具體情況不同，各自具有相應(yīng)的等值單相接線圖和等值串聯(lián)諧振回路。表10-1列出了幾種有代表性的斷線故障的電路以及簡(jiǎn)化后的等值電勢(shì)E和等值電容C的表達(dá)式。

表10-1                   斷線故障等值電路及其參數(shù)

從表10-1中可以看到，以上幾種斷線中，在第三種情況即中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，單相斷線且負(fù)載側(cè)導(dǎo)線接地時(shí)，等值電容C的數(shù)值較大，尤其在x=1時(shí)，即當(dāng)斷線故障發(fā)生在負(fù)載側(cè)時(shí)，電容C最大達(dá)C_max=3C₀，因此不發(fā)生由于斷線引起基波鐵磁諧振過電壓的條件為

（L₀為變壓器不飽和時(shí)的勵(lì)磁電感）

若變壓器的勵(lì)磁阻抗X_m=ωL₀，則上述情況下不發(fā)生斷線引起基波鐵磁諧振過電壓的條件改寫成

而X_m可根據(jù)變壓器的額定電壓U_N (kV)，額定容量P_N (kVA)，空載電流I₀ (%)由求得。

由此C₀值可進(jìn)一步算出不發(fā)生基波鐵磁諧振的線路長(zhǎng)度。

為限制斷線過電壓可采取以下措施：

(1)保證斷路器的三相同期動(dòng)作；避免發(fā)生拒動(dòng)；不采用熔斷器。

(2)加強(qiáng)線路的巡視和檢修，預(yù)防發(fā)生斷線。

(3)若斷路器操作后有異?，F(xiàn)象，可立即復(fù)原，并進(jìn)行檢查。

(4)在中性點(diǎn)接地電網(wǎng)中，操作中性點(diǎn)不接地的負(fù)載變壓器時(shí)，應(yīng)將變壓器中性點(diǎn)臨時(shí)接地。此時(shí)負(fù)載變壓器未合閘相的電位被二角形連接的低壓繞組感應(yīng)出來的恒定電壓所固定，不會(huì)諧振。

三、電磁式電壓互感器飽和引起的諧振過電壓

在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，為了監(jiān)視三相對(duì)地電壓，在發(fā)電廠、變電所母線上常接有Y_N接線的電磁式電壓互感器。如圖10-7所示。L₁=L₂=L₃=L為電壓互感器各相的勵(lì)磁電感，、、為三相電源電動(dòng)勢(shì)，C₀為各相導(dǎo)線對(duì)地電容。正常運(yùn)行時(shí)，電壓互感器的勵(lì)磁阻抗是很大的，所以每相對(duì)地阻抗(L和C₀并聯(lián)后)呈容性，三相基本平衡，電網(wǎng)中性點(diǎn)0的位移電壓很小。但當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)某些擾動(dòng)，使電壓互感器各相電感的飽和程度不同時(shí)，就可能出現(xiàn)較高的中性點(diǎn)位移電壓，可能激發(fā)起諧振過電壓。

常見的使電壓互感器產(chǎn)生嚴(yán)重飽和的各種擾動(dòng)有：電壓互感器的突然合閘，使得某一相或兩相繞組出現(xiàn)較大的勵(lì)磁涌流；由于雷擊或其他原因使線路發(fā)生瞬時(shí)單相弧光接地，使健全相上電壓突然升高到線電壓，而故障相在接地消失時(shí)又可能有電壓的突然上升，在這些暫態(tài)過程中會(huì)有很大的涌流；傳遞過電壓，例如高壓繞組側(cè)發(fā)生單相接地或不同期合閘，低壓側(cè)有傳遞過電壓使電壓互感器鐵心飽和.

既然過電壓是由零序電壓(即中性點(diǎn)位移電壓)引起的，那么網(wǎng)絡(luò)零序參數(shù)的不同，外界激發(fā)條件的不同，使這種諧振過電壓可以是基波諧振過電壓，也可以是高次諧波或分次諧波諧振過電壓。下面分析基波諧振過電壓的產(chǎn)生過程。

對(duì)于如圖10-7(b)的等值接線，中性點(diǎn)的位移電壓為

正常運(yùn)行時(shí)，Y₁=Y₂=Y₃=Y 所以

各相對(duì)地導(dǎo)納呈容性(電壓互感器勵(lì)磁電感與C₀并聯(lián)值)，也即流過C₀的電容電流大于流過L的電感電流。

由于擾動(dòng)的結(jié)果使電壓互感器上某些相的對(duì)地電壓瞬時(shí)升高，假定B相和C相的對(duì)地電壓瞬時(shí)升高，由于電感的飽和使L₂和L₃減小，使流過L₂和L₃的電感電流增大，這樣就有可能使得B相和C相的對(duì)地導(dǎo)納變成電感性，即Y₂、Y₃為感性導(dǎo)納，而Y₁為容性導(dǎo)納，容性導(dǎo)納與感性導(dǎo)納的抵消作用使Y₁+Y₂+Y₃顯著減小，導(dǎo)納中性點(diǎn)位移電壓大大增加。如參數(shù)配合不當(dāng)使Y₁+Y₂+Y₃=0，則發(fā)生串聯(lián)諧振，使中性點(diǎn)位移電壓急劇上升。

中性點(diǎn)位移電壓升高后，三相導(dǎo)線的對(duì)地電壓等于各相電源電動(dòng)勢(shì)與中性點(diǎn)位移電壓的相量和，如圖10-8所示。相量迭加的結(jié)果使B相和C相的對(duì)地電壓升高，而A相的對(duì)地電壓降低。這種結(jié)果與系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地(如A相接地)時(shí)出現(xiàn)的結(jié)果是相仿的，但實(shí)際上并不存在單相接地，所以此時(shí)所出現(xiàn)的這種現(xiàn)象稱為虛幻接地現(xiàn)象。顯然，中性點(diǎn)位移電壓愈高，出現(xiàn)相對(duì)地的過電壓也愈高。

我國(guó)長(zhǎng)期來的試驗(yàn)研究和實(shí)測(cè)結(jié)果表明，由電磁式電壓互感器飽和所引起的基波和高次諧波諧振過電壓很少超過3p.u.，因此除非存在弱絕緣設(shè)備，一般是不危險(xiǎn)的，但其經(jīng)常引起電壓互感器噴油冒煙，高壓熔斷器熔斷等異?，F(xiàn)象以及引起接地指示的誤動(dòng)作(虛幻接地)。對(duì)于分次諧波過電壓來說，由于受到電壓互感器鐵芯嚴(yán)重飽和的限制，過電壓一般不超過2p.u.，但勵(lì)磁電流急劇增加，引起高壓熔斷器的頻繁熔斷甚至造成電壓互感器的燒毀。

為了限制和消除這種鐵磁諧振過電壓，可以采取以下措施：

(1)選用勵(lì)磁特性較好的電壓互感器或改用電容式電壓互感器。

(2)在電磁式電壓互感器的開口三角繞組中加阻尼電阻，阻值R≤0.4X_T (X_T為互感器在額定線電壓作用下?lián)Q算到低壓側(cè)的單相繞組勵(lì)磁阻抗)，這樣可消除各種諧波的諧振現(xiàn)象出現(xiàn)。對(duì)于35kV及以下電網(wǎng)，一般要求R值為10～100Ω，若阻尼電阻長(zhǎng)期接在開口三角繞組中，則阻值不能過小，否則當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生持續(xù)單相接地故障時(shí)，開口三角繞組兩端將出現(xiàn)100V工頻零序電壓，從而造成互感器過載。為此最好采用非線性電阻，這樣既可保證可靠地消除諧振，又能滿足互感器的容量要求。

(3)在母線上加裝一定的對(duì)地電容，使達(dá)到，諧振也就不能發(fā)生。

(4)采取臨時(shí)的倒閘措施，如投入消弧線圈，將變壓器中性點(diǎn)臨時(shí)接地以及投入事先規(guī)定的某些線路或設(shè)備等。