电容式电压互感器铁磁谐振及抑制
验。

前言
电容式电压互感器（简称CVT是一种十分重要的高压输变电设备，主要用
做电压测量和继电保护的信号取样装置，其电容分压器与阻波器结合且能兼作载
波通讯的滤波装置。

它具有绝缘性能好，价格便宜等优点。

还能避免因电磁式电
压互感器与开关并联电容所产生的谐振过电压。

因此，CVT
日渐被电网所接受，
在我省110kV及以上变电站的415台电压互感器中CVT占
206 台。

但是目前我国生产CVT厂家逐渐增多，有些制造厂对某些技
术并没有完全掌
握，生产出厂的CVT在运行中暴露出不少的问题。

最常见的
问题是发生自身谐振。

严重的CVT自身谐振事故，导致CVT损坏并退出运行。

1、国内采用的几种阻尼装置的工作机理
1. 1CVT的自身谐振机理
CVT本身的等值电路中就含有电容和非线性电感。

具有发生
串联谐振条件。

在图1 中，当发生一次侧突然合闸或二次侧短路、又突然消
除等冲击时，过
渡过程中产生的过电压会使中间变压器的铁心出现饱和，励磁电感Lm呈非线性
下降，回路的固有频率
上升（Lm为中间变压器励磁电感,C为等值电容）可达到额定频率的1／2，1／3，
1/5……；此时，可能
出现某一分数次谐波振荡，最常见的是1／3 次谐波振荡，假如回路中不存在阻
尼，或阻尼参数不当。

由于电源不断地供给能量，分数次铁磁谐振就会持续下去，
谐振过电压的幅值可能达到额定电压的2〜3倍。

这个非真实的电压信号传到
次测量仪表和继电保护装置，将导致误指示或误动作，此外持续的过电压作用，
将危害互感器的绝缘。

因此CVT在制造时，必须设置阻尼装置，以抑制铁磁谐振，
否则不能投入运行，这是电力部反事故措施一再强调的。

1．2 几种阻尼装置的优缺点
1．2．1 纯电阻阻尼器
纯电阻阻尼器在剩余电压绕组的输出端长期接入固定电阻，这种阻尼装置结
构简单，过去老式CVT使用较多。

其缺点是功率消耗较大，影响测量准确度和
次输出容量。

目前已基本逐步淘汰。

1．2．2 电子型阻尼器
电子型阻尼器如图2。

当出现过电压时，开关K 合上，阻尼器Z 阻尼铁磁谐振。

其缺点是如果1 个电子元件损坏就不能工作，已淘汰。

1．2．3 谐振型阻尼器
谐振型阻尼器如图3。

又叫滤波型谐振阻尼器，由产生并联谐振的电容器和电抗
器以及阻尼电阻组成。

整个装置接在额定电压为100V的剩余电压绕组上，电容
C和电感L在额定频率f下调至并联谐振状态。

此时，回路阻抗很高，只有很小
的电流流过阻尼电阻，对正常运行（额定频率）的影响可以忽略不计。

当出现频
率较低的分次铁磁谐振时，回路的并联谐振条件被破坏，阻抗下降，电流剧增，
瞬时在阻尼电阻上消耗很大功率，从而可达到有效地阻尼分频谐振的目的。

此装
置在发生分频谐振时将电阻R瞬时投入，正常（额定频率）
运行时又自动切除，
避免了固定接入电阻所带来的不利影响。

但仍存在一些缺
点：
> \、、•
a.当UN升高，电流IR偏大时（0. 1〜0. 05A）消耗掉一
出容量无法提高。

b瞬变响应特性差，CVT的剩余电压绕组是连接成开口三
角的，作电网接
地保护的信号输出用，要求有良好的响应特性。

使用这种阻
尼器后，当电网发生
对地短路时，因其阻尼器贮能元件L, C的存在，使得二次电压要经过一短暂时
间才能衰减到0。

且由于回路参数不同，能量释放过程中，可能出现低频衰减
振荡，也可能按指数
规律衰减。

将对二次所接的快速保护动作有不良影响。

若振荡衰减的频率和系统
频率相近，则影响更为严重。

故瞬变响应要达到标准规定10％的要求，有一些
困难，故目前也较少采用。

1. 2. 4 速饱和电感型阻尼器
速饱和电感型阻尼器（如图4）是目前国内外较为常用的阻尼器，国内使用时间
还不长。

此种阻尼器在系统激发过电压时电抗器快速深度饱和，电感值下降，大
电流通过串联电阻R产生很大的阻尼功率，能有效阻尼铁磁谐振；在正常运行
条件下，阻尼器阻抗大消耗功率很小，对CVT误差影响很小。

与谐振型阻尼器比
较速饱和型阻尼器主要优点是有较好的瞬变响应特性，当一次侧发生对地短路
时，在20ms以内，可使二次电压降到额定值的5%以下。

剩余电压值接近于0，
能够很好地满足快速继电保护的要求，目前国产的CVT开始大量配置该种阻尼
器。

2 国内速饱和型阻尼器存在的问题
据统计，过去我国也曾多次发生CVT自身谐振问题，但多数为纯电阻阻尼器，
采用外接型，安装时未正确接入，或因电阻发热烧坏开路所致。

但自制造厂采用
先进的速饱和阻尼器后，CVT自身谐振故障却有增无减，这说明我国一些制造厂
在推广这项先进技术过程中，还存在不少未解决好的问题。

据报道，国内由于
CVT速饱和阻尼器参数选取不当，在额定电压下，CVT二次
空载合闸运行时，不
少产品曾发生过自身铁磁谐振现象，严重时导致CVT烧毁。

如1997年10月14日在河北邯郸XX局贺兰变18 台CVT投运过程中（型
号为0. 005H） 9台发生异常响声，开口三角电压高达20〜35V，被迫停止投运。

厂家调换新品后，11 月10日投运12 台，仍有8 台发生异常响声，开口三角电
压高达27〜70V,波形畸变，再次被迫停止运行，2次投运所出现的异常现
象基本相同。

厂方第2 次所供产品是在原出厂试验项目的基础上，又增加了试验
项目，但到现场后谐振问题仍然没有得到解决。

220kV主网2 次送电操作不成
功，影响工程投产近1 个月，造成较大经济损失和不良的社会影响。

1999年我省同样发生一起新投CVT内部谐振事故。

9月29
日10 : 30, 中调
同意经母联开关对CVT充电（不带线路）；运行人员发现电
压表指示异常（AB，
AC相电压升高，BC相电压正常）；在二次出口侧测电压， A 相电压比B, C相电
压明显升高。

故障录波仪中调出220kV母线电压波形，发现220kV I母A相电
压有畸变，B, C相电压正常，剩余电压绕组开口三角有较高的零序电压。

故障
录波图如图5。

录波图显示A相CVT产生了稳定的1/3次谐波谐振；且谐振过
电压为1．65倍额定电压。

退出CVT后，经检查发现A相下部油箱烫手，温度很高，B,
C相正常。

其后在
现场又对CVTA f进行了解体检查。

检查发现CVT各部件，包括电容器、中间变压器及阻尼装置
均属正常，各元
件的连接正常，不存在开路问题。

解体检查结果表明A相CVT状况与发生自身谐振有关，其现象与自身谐振现
象相吻合，其CVT电磁单元是在谐振过电压作用下严重过激磁，电抗器及中间变
压器过电流，使温度剧烈升高，因而油箱烫手。

但因CVT退出及时，未导致CVT
烧坏。

事故表明该速饱和阻尼装置不能有效地抑制分频谐振，因而出现了稳定的
额定频率的1／3 次分频谐振。

本次事故发生后，厂家也对所有购进的速饱和阻尼器做了全部检查，
发现个别的
阻尼器伏安特性确实不符合技术条件。

分析认为：谐振产生的原因是由于CVT空载合闸时过电压的作用下，当二次负荷
接近于0，而阻尼器的特性不良，如速饱和电抗器的玻莫合
金铁心特性没有达到
要求，使中间变压器先于阻尼电抗器发生饱和而发生了分频谐振，或者后者饱和
深度不够，串联电阻太小不能有效地抑制分频谐振使已形成的分频谐振得以维
持。

3 预防谐振的对策
3. 1降低CVT中压变压器铁心的磁通密度，提高中间变压器的饱和点。

例如额
定工作磁密降至4000X 10- 4T左右。

变压器伏安特性曲线拐点必须高于阻尼电
抗器伏安特性曲线拐点约1 倍左右。

避免在过电压下中间变压器先于阻尼器而饱
和形成谐振条件，失去了阻尼器的阻尼作用。

3．2 严格控制速饱和电抗器的磁化特性。

为使阻尼器能满足阻尼铁磁谐振的要
求，又不至对CVT的准确度造成显著的不利影响，应当规定
5UN下的阻尼电流范围。

（不超过0. 3A和不低于6A），作为CVT制造厂的质
3. 3 合理选择阻尼器串联电阻。

且电阻器功率选择恰当。

既能产生较好阻尼作
用，同时长期运行不发生烧坏。

3. 4 产品除通过型试试验外，对正常生产产品应每台进行铁磁谐振试验，尽可
能模拟实际工况进行铁磁谐振试验，确保CVT在投入电网运行时在过电压作用下
能有效消除铁磁谐振。

4结语
4. 1采用速饱和阻尼器后，CVT自身谐振现象屡有发生，因此CVT中谐振阻尼
器的选型至关重要，同时建议把CVT铁磁谐振试验列为出厂试验项目。

4. 2 安装验收时，应严格把关，有条件时进行现场谐振试
验。

4. 3运行巡视人员应了解CVT自身谐振机理及现象，应作好事故预想，发生
CVT谐振事故时，迅速退出，避免事故扩大。