10-35kV中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)中，電壓互感器通常接在變電所或發(fā)電機(jī)的母線(xiàn)上，其一次側(cè)繞組接成 Y 形，中性點(diǎn)直接接地，因此各相對(duì)地勵(lì)磁電感與導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地電容之間各自組成獨(dú)立的振蕩回路，并可看成是對(duì)地的三相負(fù)荷。在正常運(yùn)行條件下，三相對(duì)地負(fù)荷是平衡的，電網(wǎng)的中性點(diǎn)處在零電位，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生沖擊擾動(dòng)時(shí)，可能使一相或兩相的對(duì)地電壓瞬間提高，使得電壓互感器的勵(lì)磁電流突然增大而發(fā)生飽和，其等值勵(lì)磁電感相應(yīng)減小，這樣，三相對(duì)地負(fù)荷變成不平衡了，中性點(diǎn)就發(fā)生位移電壓，結(jié)果可能使一相對(duì)地電壓升高，另外兩相則降低;鐵磁諧振過(guò)電壓的幅值一般不超過(guò) 1.5-2.5 倍的系統(tǒng)最高運(yùn)行相電壓(個(gè)別可達(dá)到 3.5 倍《SDJ-79 電力設(shè)備過(guò)電壓保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》)，而且持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)， 無(wú)法利用避雷器來(lái)限制。
鐵磁諧振過(guò)電壓基本上可分為 3 種類(lèi)型;基波諧振(50Hz)、高次波諧振(3 次波、5 次波、7 次波等)、分頻諧振(2 分頻、3 分頻)。
分頻諧振一般電壓不高，電流較大，鐵心易飽和發(fā)熱，造成絕緣擊穿破壞。
基波和高次頻諧振時(shí)，一般電流不大，電壓很高，造成的后果是產(chǎn)品表面閃絡(luò)，層間絕緣擊穿，直接發(fā)生弧光接地。
根據(jù)有關(guān)資料的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也證明以上的論述，發(fā)生分頻諧振時(shí)，三相對(duì)地電壓都升高，且過(guò)電壓較低，容易燒毀 PT 保護(hù)熔絲;發(fā)生基頻諧振時(shí)，一相對(duì)地電壓降低，兩相對(duì)地電壓升高，且超過(guò)線(xiàn)電壓;高頻諧振時(shí)，三相對(duì)地電壓都升高，過(guò)電壓較大。
而解決諧振的方法只有幾種：一、改變線(xiàn)路的參數(shù)，使諧振達(dá)不到激發(fā)的程度;二、通過(guò)阻尼抑制來(lái)消耗諧振的能量;三、負(fù)荷側(cè)優(yōu)先選用“V-V”接線(xiàn)方案，電源側(cè)選用“Y”型接法;四、選用電容式電壓互感器，但電容式電壓互感器成本高，精度低，過(guò)電壓后電容量降低，自諧振等不利因素。因此第二種和第三種則是比較合理的辦法;
目前為了解決 PT 燒毀事故發(fā)生，行業(yè)內(nèi)普遍采用的防諧振措施：加 裝一次消諧器，二次消諧器或消諧 PT 這三種方法。
一次消諧器的核心是串接高容量非線(xiàn)性壓敏電阻，根據(jù)中性點(diǎn)的電壓變化而改變阻值，從而達(dá)到消除諧振的目的。該類(lèi)消諧的方法最大的缺點(diǎn)就是系統(tǒng)運(yùn)行的不確定性等因素，造成中性點(diǎn)一直有電壓，一次消諧器長(zhǎng)期處于工作狀態(tài)而發(fā)熱失效。
微機(jī)消諧的核心就是在電壓互感器二次開(kāi)口三角繞組處并聯(lián)可變阻尼，通過(guò)二次繞組的阻尼抑制(通過(guò)開(kāi)口三角電壓產(chǎn)生的電流來(lái)抑制抵消一次繞組的磁通)來(lái)消除諧振。然而在開(kāi)口三角處接入可變阻尼的方法常常會(huì)因阻尼阻值不當(dāng)引發(fā)系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)微機(jī)也存在信號(hào)干擾，故障辨識(shí)困難的缺點(diǎn)。微機(jī)消諧的另外一個(gè)缺點(diǎn)對(duì)長(zhǎng)時(shí)間諧振問(wèn)題無(wú)法解決，如果有長(zhǎng)時(shí)間諧振，則剩余繞組長(zhǎng)期處于短路狀態(tài)，則會(huì)造成互感器鐵心發(fā)熱而失效。
系統(tǒng)的運(yùn)行方式是實(shí)時(shí)變化的，即使在選擇設(shè)備時(shí)盡量避免電廠(chǎng)電容參數(shù) 耦合，仍無(wú)法完全避免諧振產(chǎn)生，降低 PT 的磁密將是解決問(wèn)題的關(guān)鍵所在，因此 4PT 方案就凸顯出其優(yōu)點(diǎn)了。而 4PT 方案則是經(jīng)過(guò)了多年的運(yùn)行和改進(jìn)，已經(jīng)趨于成熟和完善。
下面就簡(jiǎn)要說(shuō)明一下 4PT 對(duì) 3 種諧振的關(guān)系。
1. 基頻和高頻諧振：諧振電壓與諧振頻率的關(guān)系
以上是彼德遜曲線(xiàn)做的模擬曲線(xiàn)，左邊是2 種樣品的伏安特性曲線(xiàn)，右邊是諧振區(qū)域的曲線(xiàn)，其中U 為試驗(yàn)電壓的相電壓，√3Uph 為鐵芯電感的額定線(xiàn)電壓，并取U=√3Uph 時(shí)的勵(lì)磁電流作為基準(zhǔn)值。當(dāng)Xc0=1/ωC0 在一定區(qū)域內(nèi)則發(fā)生諧振。而這兩種諧振的最明顯特征則是過(guò)電壓，所以當(dāng)發(fā)生諧振時(shí)，該互感器為全絕緣結(jié)構(gòu)，可以承受住過(guò)電壓，消諧PT 一次的高阻又起到了消除諧振的目的。二次繞組的串接，還可以抵消勵(lì)磁電流。
2. 分頻諧振：鐵芯磁密與頻率的關(guān)系
其中 e 為匝間電壓，f 為頻率，S 為鐵芯截面積;e，S 為定制，PT 制作之后就無(wú)法改變，當(dāng)存在 1/3 分頻，1/2 分頻或者是 2/3 分頻，改變的頻率，那么鐵芯磁密就會(huì)有明顯的變化，按最嚴(yán)重的 1/3 分頻其瞬間磁密將達(dá)到 2.4T 左右，鐵芯嚴(yán)重飽和;這種互感器設(shè)計(jì)的時(shí)候一般磁密為 0.8T，已經(jīng)考慮到單相接地 1.9Upr時(shí) 8h 運(yùn)行，不過(guò)此時(shí)的磁密僅僅為 1.5T 左右，遠(yuǎn)小于 2.4T，采用消諧 PT 后，發(fā)生故障時(shí)電壓會(huì)通過(guò)中性點(diǎn)將一部分電壓施加到消諧繞組上，此時(shí)對(duì)于 PT 的磁密就遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其保護(hù)磁密了。
4PT 方案最后的辦法是通過(guò)壓差式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，改變系統(tǒng)的運(yùn)行方式。
方案一
方案二
方案三
方案一存在的問(wèn)題就是剩余繞組長(zhǎng)期處于短路狀態(tài)，容易造成產(chǎn)品發(fā)熱失 效。
方案二存在的問(wèn)題是 1a、1b、1c 經(jīng)過(guò)消諧 PT 繞組后，容量下降很大，約為30%左右，如果是做為計(jì)量使用，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)諧波時(shí)，對(duì)計(jì)量干擾很大，基本不能有效的進(jìn)行電量的測(cè)量。
方案三主 PT 測(cè)量繞組與消諧 PT 繞組分開(kāi)，當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，不會(huì)影響主 PT 的測(cè)量和計(jì)量;而消諧 PT 的測(cè)量繞組 o、n 通過(guò)表計(jì)監(jiān)控，可以對(duì)如微機(jī)后臺(tái)進(jìn)行記錄。消諧 PT 采用壓差式設(shè)計(jì)，即一次繞組電阻加大，二次繞組電阻減小的原則設(shè)計(jì)，從而降低一次繞組分次波震蕩的暫態(tài)過(guò)程，二次繞組導(dǎo)線(xiàn)加粗，提高了二次繞組的過(guò)載能力。
但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，還會(huì)因諧波問(wèn)題造成的二次不平衡問(wèn)題，這情況一般是 3 次諧波造成，穩(wěn)妥的辦法是用頻率表測(cè)量一下開(kāi)口三角處的頻率，如果確實(shí)是 3 次諧波的問(wèn)題，那需要用有源濾波來(lái)處理了。
以上是個(gè)人經(jīng)驗(yàn)所談，如有不適之處，望各位朋友指正。
