电力系统常见消谐方案介绍
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电力系统常见消谐方案介绍
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电力系统常见消谐方案介绍
(一)微机消谐装置
微机消谐装置也称二次消谐器，被安装在电压互感器(PT)的开口三角绕组上。正常
运行或者发生单相接地故障时装置不动作，而一旦判定电网发生铁磁谐振时，便会使正
反并联在开口三角两端的2只晶闸管交替过零触发导通以限制和阻尼铁磁谐振，当谐振
消除后晶闸管自行截止，必要时可以重复动作。装置起动消谐期间，晶闸管全导通，呈
低阻态，电阻为几mΩ至几十mΩ。如此小的电阻值足以阻尼高频、基频及分频3种谐
振，而且对整个电网有效，即一个系统中只需选择1台互感器安装消谐装置即可。
微机消谐装置的主要缺点是难以正确区分基波谐振和单相接地。目前，对基波谐振
和单相接地故障判据的主要区别在于零序电压U0的高低。通常，基频谐振定为当U０
≥150V时；当30V≤U０＜145V时定为单相接地故障。为了防止在单相接地时由于装置
误动使PT长时间过负荷而烧毁的情况发生，通常将该装置基频谐振的判据电压定得比较
高。这样，在工频位移电压不是很高的情况下（如空母线合闸）装置将无法动作，就可
能使某些励磁特性欠佳、铁心易饱和PT的熔丝熔断。而且这种装置当电网对地电容较大
时，它对防止间歇性接地或接地消失瞬间互感器因瞬时饱和涌流而造成熔丝熔断的事故
无能为力。此外，在持续时间较长的间歇电弧过电压激发下，流过PT高压绕组的电流将
显著增大，仍可能会烧坏PT。
由于基频谐振中的频率实际上并不是十分严格的基频，不是完全没有频率突变 。因
此，能否在信号处理方法中采用对时频局部化方面极具优势的小波来检测，值得探讨。
(二)一次消谐阻尼器
一次消谐阻尼器，如LXQ型阻尼器，实际上是将一个非线性消谐电阻R0串接于电压
互感器一次侧中性点与地之间，它采用中性点阻尼电阻消除谐振，见图１。电网正常运
行时，消谐器上电压＜500V，R0呈高电阻值（可达几百kΩ），阻尼作用大，使谐振在
起始阶段不易发展；当电网发生单相接地时，消谐器上电压较高（10kV电网中其值约
1.7～1.8kV），R０呈低值（几十kΩ），可满足PT开口三角电压不小于80V的绝缘监
测要求,而且仍可阻尼谐振；当电网发生弧光接地时，R0仍能保持一定的阻值，限制互
感器涌流。
该装置具有消除PT饱和谐振和限制涌流2种功能，但在应用中存在局限性：①中性
点为半绝缘结构,只能直接接地安装的PT无法使用；②只能限制本PT不发生谐振，对电
网中的其他PT无效（仅一对一有效）；③当发生单相接地故障时，PT零序电压U０的测
量值有误差,因此不适宜使用在对U0幅值和角度精度要求较高的场合（如微机接地选线
装置）；④装置自身的热容量有限，即使选用热容量相对较大的LXQ型一次消谐阻尼器，
在持续时间较长的间歇电弧接地过电压激发下，仍可损坏装置。一次消谐阻尼器较适用
于JDZJ等型号中性点全绝缘PT的消谐改造。(三)消谐型电压互感器
3.1加装零序电压互感器型
加装零序电压互感器的消谐型电压互感器由三相主电压互感器TV1和串接在中性点
的零序电压互感器TV０二部分组成，采用零序电压互感器消除谐振，见图2。该消谐装
置要求TV1的开口三角绕组闭合，零序电压U０从TV０的二次侧取得。当单相接地时，
TV每相励磁感抗为Xm=XTV1 3XTV0（XTV1为TV1的漏抗；XTV０为TV０励磁感抗）。
由于X 很小，可略，故Xm≈3X ，即零序电压绝大部分降落在TV0上，一般的外激
TV1 TV０
发不能使TV1进入饱和区，从而使谐振难以产生。此外，TV０高压绕组的直流电阻约为
10kΩ，对谐振有强烈的阻尼作用，对涌流有限制作用。此种消谐型TV的消谐作用也仅对
自身有效，热容量也有限。
3.2呈容抗谐振型，呈容抗谐振的消谐型电压互感器的主要特点有：
① 互感器内部的分布电容和杂散电容较大，正常时，在接有0～100负荷下整体呈容性
（结构上合理确定一次绕组径向与轴向的尺寸比例；采用介电系数大的绝缘材料作
为层间绝缘；一次绕组采用阶梯式排线方式等）,不易构成铁磁谐振回路。
② 在较高的电压作用下，铁心不易饱和（采用优质硅钢片，以降低工作磁密）。
③ 能承受更高的过电压（增加了一次绕组匝数；加强一次绕组的端部绝缘和层间绝缘）。
然而，由于这种电压互感器的质量和体积相对较大,因此在实际应用中往往有一定困难。
（四）二次消谐电阻
4.1 二次电阻消谐：
随着系统对地电容的增大，电压互感器磁饱和后将依次发生高频、基频和分频谐振。
PT的开口三角绕组上，用于消除分频谐振的阻尼电阻ｒ值最小，ｒ≤０.４（ｎ２/ｎ１）
２Ｘ ，只要按此来选择电阻就可同时消除另外2种谐振。消除基频谐振的电阻值为ｒ′≤
Ｌ
３（ｎ２/ｎ１）２Ｘ 。式中, Ｘ 为互感器在线电压下的每相励磁感抗，ｎ１/ｎ２为
Ｌ Ｌ高压绕组与开口三角绕组的匝数比。由于电阻接在开口三角绕组两端，必然会导致一次侧
电流增大，也就是说PT的容量要相应增大。从抑制谐波方面考虑，R值越小，效果越显著，
但PT的过载现象越严重，在谐振或单相接地时间过长时甚至会导致保险丝熔断或PT烧毁。
一般来说接入10 kV系统 PT开口三角绕组的电阻取16.5～33Ω 。
可见，对于在开口三角绕组配置了２５Ω消谐电阻的PT，当系统中中性点直接接地的
普通电磁式PT不超过２台时还可以消除基频谐振，但若要消除分频谐振则阻值偏大，失去
消谐作用。为此，应加装微机消谐装置,同时宜保留原消谐电阻,以利于限制空母线合闸时
工频位移电压。
4.２在同一PT上同时装设一次消谐阻尼器和微机消谐装置
在开口三角绕组两端接上电阻R的做法，实际上相当于在PT高压侧Y0接线各相绕组上
并联一电阻（只有在电网有零序电压时才出现），即在电网中每相对地并联合适的电阻在
理论上同样可以起到消谐作用。据分析推导，为消除分频谐振，在PT高压侧每相绕组并联
的电阻应满足：R1≤0.4Ｘ /３。若单台10kV互感器的每相励磁感抗Ｘ =500kΩ，则
Ｌ Ｌ
R1≤66.7kΩ。
假如在PT一次侧中性点装设了阻尼电阻R0，那么该PT基本上不会参与谐振。当系统中
其他中性点直接接地的PT发生谐振时，由于此时零序电压U 的测量值偏小，即使该PT的二
０
次侧装了微机消谐装置，往往也不会及时动作。
对于电缆使用较多的10kV配电网，大多发生分频谐振。微机消谐器分频谐振的判据为
15Hz≤ｆ≤18 Hz或23Hz≤ｆ≤27 Hz，35V≥U0≥25Ｖ。当开口三角绕组电压为30Ｖ时，
一次系统零序电压的估算值已达（30/100×0.8）×（10/3）=2.2kV。此时，微机消谐器
动作，开口三角绕组基本上处于被短接状态，PT高压绕组反映的是数值很小的漏抗，即零
序电压绝大部分降落在阻尼电阻R0上。这时，电网每相对地的等值并联电阻为３Ｒ０，假
如呈低电阻值的R0为25～35kΩ，则３R0为75～105kΩ，已超出消除系统中单台中性点
直接接地PT谐振所需的阻值（约66.7kΩ）。若有多台PT参与了谐振，则更是无助于消谐
作用，而且还可能因作用在R0上的过电压得不到及时消除，且时间较长时而被损坏，从而
进一步损害PT。
可见，以上做法已超出微机消谐器和一次消谐器研制的初衷，二者单独存在时的消谐
机理已不再适用，这种做法对消谐不但无助反而有害。因此，这2种消谐装置应分开安装
在不同的PT上为宜。
4.3 在加装零序电压互感器消谐型PT的二次侧加装微机消谐装置
对于加装零序电压互感器的消谐型PT，原理上要求其主电压互感器ＴV１的开口三角绕
组始终是闭合 的，所以不可能在其二次侧加装消谐器，否则将破坏原先的消谐机理，难以
起到消谐作用。若是将微机消谐器装在其零序电压互感器ＴV0的二次侧，当系统中其他互感
器发生铁磁谐振时，消谐器将在零序电压作用下动作，ＴV０二次侧几乎被短接，ＴV０及ＴV１高压绕组反映的均为漏抗，互感器的零序阻抗变为数值很小的漏抗，相当于电网中性点
临时直接接地，因而谐振也就随之消失。可见，在此消谐型PT的TV0二次侧加装微机消谐
装置有助于整个电网的消谐。
（五） 消谐措施的综合应用
（5.1）普通型电磁式电压互感器应选用励磁特性良好、铁心不易饱和的型号及生产厂家。变
电站10kV母线PT一次额定电压UN为10／3kV，有的 PT在1.9UN电压作用下铁心就
可能进入饱和区，而母线实际运行电压为10～10.7kV。当电网单相接地时，作用在
(一)微机消谐装置
微机消谐装置也称二次消谐器，被安装在电压互感器(PT)的开口三角绕组上。正常
运行或者发生单相接地故障时装置不动作，而一旦判定电网发生铁磁谐振时，便会使正
反并联在开口三角两端的2只晶闸管交替过零触发导通以限制和阻尼铁磁谐振，当谐振
消除后晶闸管自行截止，必要时可以重复动作。装置起动消谐期间，晶闸管全导通，呈
低阻态，电阻为几mΩ至几十mΩ。如此小的电阻值足以阻尼高频、基频及分频3种谐
振，而且对整个电网有效，即一个系统中只需选择1台互感器安装消谐装置即可。
微机消谐装置的主要缺点是难以正确区分基波谐振和单相接地。目前，对基波谐振
和单相接地故障判据的主要区别在于零序电压U0的高低。通常，基频谐振定为当U０
≥150V时；当30V≤U０＜145V时定为单相接地故障。为了防止在单相接地时由于装置
误动使PT长时间过负荷而烧毁的情况发生，通常将该装置基频谐振的判据电压定得比较
高。这样，在工频位移电压不是很高的情况下（如空母线合闸）装置将无法动作，就可
能使某些励磁特性欠佳、铁心易饱和PT的熔丝熔断。而且这种装置当电网对地电容较大
时，它对防止间歇性接地或接地消失瞬间互感器因瞬时饱和涌流而造成熔丝熔断的事故
无能为力。此外，在持续时间较长的间歇电弧过电压激发下，流过PT高压绕组的电流将
显著增大，仍可能会烧坏PT。
由于基频谐振中的频率实际上并不是十分严格的基频，不是完全没有频率突变 。因
此，能否在信号处理方法中采用对时频局部化方面极具优势的小波来检测，值得探讨。
(二)一次消谐阻尼器
一次消谐阻尼器，如LXQ型阻尼器，实际上是将一个非线性消谐电阻R0串接于电压
互感器一次侧中性点与地之间，它采用中性点阻尼电阻消除谐振，见图１。电网正常运
行时，消谐器上电压＜500V，R0呈高电阻值（可达几百kΩ），阻尼作用大，使谐振在
起始阶段不易发展；当电网发生单相接地时，消谐器上电压较高（10kV电网中其值约
1.7～1.8kV），R０呈低值（几十kΩ），可满足PT开口三角电压不小于80V的绝缘监
测要求,而且仍可阻尼谐振；当电网发生弧光接地时，R0仍能保持一定的阻值，限制互
感器涌流。
该装置具有消除PT饱和谐振和限制涌流2种功能，但在应用中存在局限性：①中性
点为半绝缘结构,只能直接接地安装的PT无法使用；②只能限制本PT不发生谐振，对电
网中的其他PT无效（仅一对一有效）；③当发生单相接地故障时，PT零序电压U０的测
量值有误差,因此不适宜使用在对U0幅值和角度精度要求较高的场合（如微机接地选线
装置）；④装置自身的热容量有限，即使选用热容量相对较大的LXQ型一次消谐阻尼器，
在持续时间较长的间歇电弧接地过电压激发下，仍可损坏装置。一次消谐阻尼器较适用
于JDZJ等型号中性点全绝缘PT的消谐改造。(三)消谐型电压互感器
3.1加装零序电压互感器型
加装零序电压互感器的消谐型电压互感器由三相主电压互感器TV1和串接在中性点
的零序电压互感器TV０二部分组成，采用零序电压互感器消除谐振，见图2。该消谐装
置要求TV1的开口三角绕组闭合，零序电压U０从TV０的二次侧取得。当单相接地时，
TV每相励磁感抗为Xm=XTV1 3XTV0（XTV1为TV1的漏抗；XTV０为TV０励磁感抗）。
由于X 很小，可略，故Xm≈3X ，即零序电压绝大部分降落在TV0上，一般的外激
TV1 TV０
发不能使TV1进入饱和区，从而使谐振难以产生。此外，TV０高压绕组的直流电阻约为
10kΩ，对谐振有强烈的阻尼作用，对涌流有限制作用。此种消谐型TV的消谐作用也仅对
自身有效，热容量也有限。
3.2呈容抗谐振型，呈容抗谐振的消谐型电压互感器的主要特点有：
① 互感器内部的分布电容和杂散电容较大，正常时，在接有0～100负荷下整体呈容性
（结构上合理确定一次绕组径向与轴向的尺寸比例；采用介电系数大的绝缘材料作
为层间绝缘；一次绕组采用阶梯式排线方式等）,不易构成铁磁谐振回路。
② 在较高的电压作用下，铁心不易饱和（采用优质硅钢片，以降低工作磁密）。
③ 能承受更高的过电压（增加了一次绕组匝数；加强一次绕组的端部绝缘和层间绝缘）。
然而，由于这种电压互感器的质量和体积相对较大,因此在实际应用中往往有一定困难。
（四）二次消谐电阻
4.1 二次电阻消谐：
随着系统对地电容的增大，电压互感器磁饱和后将依次发生高频、基频和分频谐振。
PT的开口三角绕组上，用于消除分频谐振的阻尼电阻ｒ值最小，ｒ≤０.４（ｎ２/ｎ１）
２Ｘ ，只要按此来选择电阻就可同时消除另外2种谐振。消除基频谐振的电阻值为ｒ′≤
Ｌ
３（ｎ２/ｎ１）２Ｘ 。式中, Ｘ 为互感器在线电压下的每相励磁感抗，ｎ１/ｎ２为
Ｌ Ｌ高压绕组与开口三角绕组的匝数比。由于电阻接在开口三角绕组两端，必然会导致一次侧
电流增大，也就是说PT的容量要相应增大。从抑制谐波方面考虑，R值越小，效果越显著，
但PT的过载现象越严重，在谐振或单相接地时间过长时甚至会导致保险丝熔断或PT烧毁。
一般来说接入10 kV系统 PT开口三角绕组的电阻取16.5～33Ω 。
可见，对于在开口三角绕组配置了２５Ω消谐电阻的PT，当系统中中性点直接接地的
普通电磁式PT不超过２台时还可以消除基频谐振，但若要消除分频谐振则阻值偏大，失去
消谐作用。为此，应加装微机消谐装置,同时宜保留原消谐电阻,以利于限制空母线合闸时
工频位移电压。
4.２在同一PT上同时装设一次消谐阻尼器和微机消谐装置
在开口三角绕组两端接上电阻R的做法，实际上相当于在PT高压侧Y0接线各相绕组上
并联一电阻（只有在电网有零序电压时才出现），即在电网中每相对地并联合适的电阻在
理论上同样可以起到消谐作用。据分析推导，为消除分频谐振，在PT高压侧每相绕组并联
的电阻应满足：R1≤0.4Ｘ /３。若单台10kV互感器的每相励磁感抗Ｘ =500kΩ，则
Ｌ Ｌ
R1≤66.7kΩ。
假如在PT一次侧中性点装设了阻尼电阻R0，那么该PT基本上不会参与谐振。当系统中
其他中性点直接接地的PT发生谐振时，由于此时零序电压U 的测量值偏小，即使该PT的二
０
次侧装了微机消谐装置，往往也不会及时动作。
对于电缆使用较多的10kV配电网，大多发生分频谐振。微机消谐器分频谐振的判据为
15Hz≤ｆ≤18 Hz或23Hz≤ｆ≤27 Hz，35V≥U0≥25Ｖ。当开口三角绕组电压为30Ｖ时，
一次系统零序电压的估算值已达（30/100×0.8）×（10/3）=2.2kV。此时，微机消谐器
动作，开口三角绕组基本上处于被短接状态，PT高压绕组反映的是数值很小的漏抗，即零
序电压绝大部分降落在阻尼电阻R0上。这时，电网每相对地的等值并联电阻为３Ｒ０，假
如呈低电阻值的R0为25～35kΩ，则３R0为75～105kΩ，已超出消除系统中单台中性点
直接接地PT谐振所需的阻值（约66.7kΩ）。若有多台PT参与了谐振，则更是无助于消谐
作用，而且还可能因作用在R0上的过电压得不到及时消除，且时间较长时而被损坏，从而
进一步损害PT。
可见，以上做法已超出微机消谐器和一次消谐器研制的初衷，二者单独存在时的消谐
机理已不再适用，这种做法对消谐不但无助反而有害。因此，这2种消谐装置应分开安装
在不同的PT上为宜。
4.3 在加装零序电压互感器消谐型PT的二次侧加装微机消谐装置
对于加装零序电压互感器的消谐型PT，原理上要求其主电压互感器ＴV１的开口三角绕
组始终是闭合 的，所以不可能在其二次侧加装消谐器，否则将破坏原先的消谐机理，难以
起到消谐作用。若是将微机消谐器装在其零序电压互感器ＴV0的二次侧，当系统中其他互感
器发生铁磁谐振时，消谐器将在零序电压作用下动作，ＴV０二次侧几乎被短接，ＴV０及ＴV１高压绕组反映的均为漏抗，互感器的零序阻抗变为数值很小的漏抗，相当于电网中性点
临时直接接地，因而谐振也就随之消失。可见，在此消谐型PT的TV0二次侧加装微机消谐
装置有助于整个电网的消谐。
（五） 消谐措施的综合应用
（5.1）普通型电磁式电压互感器应选用励磁特性良好、铁心不易饱和的型号及生产厂家。变
电站10kV母线PT一次额定电压UN为10／3kV，有的 PT在1.9UN电压作用下铁心就
可能进入饱和区，而母线实际运行电压为10～10.7kV。当电网单相接地时，作用在
