变压器与并联电容器铁磁谐振探析

变压器与并联电容器铁磁谐振探析

崔学刚

（国网辽宁省电力有限公司营口供电公司辽宁营口115000）

摘要：在变压器进入空载或者轻载运转的状态时，连接线路出现故障就有可能会使得并联电容器和变压器内部的线圈产生铁磁共振现象，这对于变压器和电容器的安全运行具有很大的隐患。有鉴于此，本文对变压器和并联电容器铁磁谐振现象的发生机理与特征进行了分析，并提出了抑制这种情况出现的一些方法。

关键词：变压器铁芯线圈；并联电容器组；断线故障；铁磁谐振

并联电容器是无功补偿的一种重要的设备，在当前电力系统中的应用非常广泛。在系统出现断线等相关故障时，就有可能引发并联电容器和变压器出现铁磁谐振。这种情况的出现可能导致变压器电流或者电压过大，进而使得变压器被烧毁或者电容器发生爆炸，严重的影响了我国电力系统的安全平稳运转。因此，对变压器与并联电容器铁磁谐振现象进行探析，寻找抑制这种情况出现的一些方法是具有非常重要的意义的。

一、变压器和并联电容器出现铁磁谐振的电路分析

当电力系统处于非全相运转状态时，变压器内部线圈呈磁饱和，这时线圈的伏安特性并不能呈现出线形状态，一旦其与电容器的伏安特性曲线有交汇，那么就会产生铁磁谐振现象。

并联电容器与变压器出现铁磁谐振的情况下，二者之间的连接方式可以分成下面4种。如下图1所示。

在这（C）中连接方法中，星星连接的方式出现铁磁谐振的状况最严重。因为运用这种方式进行连接后，假如出现单相断线或断路器，那么不但会在线路开口地方形成1.5倍电压，同时还会因为故障使得中性点产生偏移产生过电压。

二、变压器和并联电容器出现铁磁谐振现象后线圈伏安特性分析

依据戴维南的等效电路图，可以画出线路中每一个部件的伏安特性曲线示意图，如下图2所示。

和电容比较，线路本身的电容是很小的，基本可以忽略。所以，图2的Ul为变压器线圈的福安特性曲线；Uc为并联电容器的伏安特性曲线；△U=Ul-Uc的绝对值，代表电压下降总和变化；当△U=0时，Ul=Uc，回路中谐振点Ik出现。

当变压器处于正常的运行状态时，铁芯处于不饱和状态，这时，如果线圈电感Lk处于恒定状态，那么此时是不具备出现铁磁谐振条件的。但是假如此时线路中出现了断线等故障，那么Lk两端的电压就很可能升高，时铁芯处于饱和，电感下降，自振角频率上升且无限接近或达到电源本身的角频率，出现铁磁谐振现象。

通过上述分析我们可知变压器和并联电容器出现谐振现象的条件为：

（1）变压器线圈与电容器的伏安特性曲线出现交叉；

（2）电感线圈的感抗大于容抗；

（3）激发电压要能够满足使感抗变得比容抗小。

三、抑制变压器与并联电容器发生铁磁谐振现象的有效策略

通过上述分析我们可知，提升变压器的负载能够对电容与变压器的铁磁谐振状况进行有效的抑制。但是随着现代科学技术的发展，现代电力系统中的非线性设备愈来愈多，比如电弧炉、电焊机、逆变器等，这使得变压器单一的提升有功负荷的可能性大大下降。现在，在实际工作中对铁磁谐振状况进行抑制的主要方式是增加线路自身电抗，比如在母线中装设电容器、加装消弧线圈等。但并联电容器分为很多组，因此这种方式是不可取的。通过分析本文采取下面两种方式来对变压器与并联电容器铁磁谐振状况进行抑制。

3.1在并联电容中串入非线性电阻

传统方式中运用增加线路阻尼系数的方式能够较好的对铁磁谐振现象进行抑制，然而阻尼系数增加的同时也会加重电力系统负担。非线性电阻通常都拥有自身电阻随电压升高而升高的特性，在系统的电压比较平稳时，其电阻较小，消耗电能也较少，不会对系统造成影响。所以，在电容中串入非线性电阻能够对铁磁谐振现象进行抑制。

3.2监测变压器运行状态，消除谐振条件

当电力系统处于正常运行状态时，发生断线故障的可能性比较小，而且即便发生了一些故障，系统本身设置的保护系统比如继电保护装置也会启动将短路故障线路断开。但是在实际工作中，为了能够达到系统做功的要求，会经常运用并联电容器来进行无功补偿，所以，断路器非同期合闸故障就凸显出来。该故障会使得电力系统中性点产生一些偏移，导致瞬间电压过高，且过电压的程度比导致断线的电压小。当变压器处于不饱和状态时，出现铁磁谐振的几率就会显著下降因此，在需要投入无功时，应该选用就近的一些变压器中饱和程度最低的，从而有效的消除铁磁谐振出现的条件。

四、结束语

通过上述分析我们可以得到以下结论：

（1）并联电容器与变压器之间发生的铁磁谐振为基頻谐振，假如减小系统中电容器的容量，那么就可能会引发分頻谐振；假如提升电容器的容量，那么就可能引发高频谐振。

（2）不管并联电容器和变压器之间运用何种方法进行连接，一旦变压器处于空载或者轻载状态时，系统都肯能会出现铁磁谐振现象。

（3）变压器拥有一定的有功负荷之后，就能够在一定程度上对系统中由非全相运转引发的铁磁谐振状况进行抑制。

（4）在系统中运用非线性电阻能够对并联电容器和变压器的铁磁谐振进行有效抑制，但是这样会加重系统的负担。所以，在实际工作中，应该不断优化系统配置，监测变压器的运行状态，一旦发现有可能会引发铁磁谐振现象，那么就应该选用就近的一些变压器中饱和程度最低的，从而有效的消除铁磁谐振出现的条件。

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