摘要：电压互感器柜的设计、选型，谐振的类型和消谐的方法。分析讨论一次、二次消谐器进行消谐的优越性和局限性，提出新型消谐的方法。 关键词：电压互感器、设计、谐振、消谐
电压互感器在电网系统中主要作电压测量和监视、电能的计量和微机保护装置的测量和保护用。根据《电力工程电气设计手册》对母线电压互感器的设计原则和接线方案的要求，为满足变电站对电压互感器大容量要求、设计规范，设备制造的标准化、经济性；满足设备安全性和维护人员的人身安全性，目前主要采用电压互感器固定安装的方式。
电压互感器根据其运行时承受的电压不同，可分为半绝缘和全绝缘电压互感器。半绝缘电压互感器高压N极必须直接接地运行，N极端子与互感器二次端子很近，处于同一端子排，在正常运行中只能承受相电压，在变配电系统中的半绝缘电压互感器都是并联运行，在系统稍有不对称时，很容易激发形成高幅值的铁磁谐振过电压，并联数越多越容易发生。
全绝缘电压互感器可以直接接地运行，也可以在高压中性点串接消谐器。全绝缘电压互感器的绝缘性能比较高，励磁特性饱和点高，在1.9Um电压下，铁芯磁通不饱和，励磁性能比较好，正常运行时处于降压运行状态，能有防止铁谐振。 在我国，35kV及以下系统绝大多数都采用电源中性点不接地运行方式，电压互感器一次绕组中性点便成为该系统相对地电容的充、放电唯一的接地通道。从电网的运行经验和实践证明，中性点不接地系统中由于电压互感器铁芯饱和引起的铁谐振过电压比较多。在正常工作电压下，电压互感器的铁芯磁通密度不高，铁芯不饱和。当系统发生单相接地时，非故障相电压升高到原对地电压的√3倍，即升高到线电压，其对地电容也上充到与线电压相应的电荷。在接地故障过程中，此电荷产生的电容电流通过接地点流经大地，当接地故障消失时，由于非故障相电压恢复至正常电压状态期间，此时其电荷只能由电压互感器中性点流经大地，电压互感器一次绕组便会出现数安培幅值的涌流，将电压互感器高压熔丝熔断，同时出现幅值很高的低频饱和电流，使电压互感器铁芯严重饱和，饱和后的电压互感器励磁电感变小，系统网络对地阻抗趋于感性，若系统网络的对地电感与对地电容相匹配，就会激发各种铁磁谐振过电压。
随着电网的高速超前发展，系统对地电容也迅速增大。在系统发生扰动时，极易引起系统内电磁电压互感器的饱和，从而激发谐振过电压，导致电压互感器高压保险丝烧毁，严重时出现设备闪络和跳闸。
电压互感器铁谐振造成的过电压大致可分为三种类型：工频谐振过电压、高频过电压、分频谐振过电压。消除谐振过电压的方式有多种多样，较普遍的是采用以下几种方式：
一、在电压互感器一次绕组中性点与地之间串接一次消谐器
在电压互感器高压绕组中性点接入一只消谐器，由于消谐器是高容量非线性电阻器，当
发生单相接地或接地故障消失时，电网对地电容电流通过PT一次绕组后经过电阻器流入大地，由于大部分压降加在电阻器上，从而有效地限制高压涌流和铁磁谐振，使电压互感器高压熔断器不易熔断，避免了铁芯饱和，从而限制了电压互感器饱和过电压发生。
一次消谐器分为普通型号和弱绝缘性，分别跟全绝缘和半绝缘电压互感器配
套。由于一次消谐器受自身热容量的限制，另外受电网电容电流大小、线路故障类型、电压互感器伏安特性以及系统运行环境等不同，难以保证在电压互感器中性点加装一次消谐器后设备万无一失。电阻器阻值选配也是一大难题，若电阻器阻值越大，则中性点电压偏移越严重，二次侧三相电压越不平衡，当发生单相接地时，大部分零序电压电压降落在电阻器上，会使开口三角电压太低，电压互感器零序电压U0的测量值有误差，影响接地指示灵敏度和保护装置的正常动作；但从消谐角度考虑，电阻越大，电压互感器高压侧绕组中性点越趋于绝缘，电压互感器越不会出现饱和过电压，即此阻值越大越好。
当一次侧加装一次消谐器后二次电压出现不平衡时，且开口三角出现大于5V的电压、且电压频率为150Hz时，可采用与消谐器匹配的三次谐波抑制器并接在PT开口三角两端，以限制消除励磁电流中三次谐波的影响。 二、电压互感器二次侧装设二次微机消谐器装置
在电压互感器二次开口三角绕组加装微机消谐装置，对PT 开口三角绕组电压（即零序电压）进行循环检测。在正常工况下，PT 开口三角绕组电压为零，装置内的大功率消谐元件处于阻断状态，对系统无任何影响。当判断系统存在工频位移过电压或铁磁谐振过电压时，此时PT 开口三角电压大于 30V 时，说明系统出现故障，装置对电压互感器开口三角电压进行采集、分析，并判断出当前的故障状态；如果是谐振过电压，则迅速启动消谐元件，发出高频脉冲群，使反并在开口三角绕组两端的两只晶闸管交替触发导通，将开口三角形绕组短接；对于过电压或接地等故障，装置都能分别给出报警信号和显示、并自动记录、存贮有关故障信息，并上报给上位机。
在中性点不接地电网中，电磁式电压互感器侧高压熔断器熔断，并不都是电压互感器饱和过电压引起的。在分频谐振时，一般过电压并不高，但是PT的电流大，易使PT过热而爆炸；基波和倍频谐振时，一般电流不大，但是过电压很高，常使设备绝缘损坏，造成恶性事故。低频饱和电流具有幅值高，时间短，在单相接地消失后的半个周波内即可将熔丝熔断，加装微机消谐装置没办法抑制低频饱和电流，另外微机消谐振装置还很难区分基波谐振和单相接地。微机消谐装置主要通过监测电压互感器开口三角电压和频率的高低来作为消谐启动的判据，正常运行时电压互感器开口三角的电压(3U0)理论上是0V,在实际运行中一般也不超过10V。系统发生单相接地故障时3U0将迅速升高到30V,有时更高,达到120V,形成过电压。当系统上电时,由于三相不同期等原因,存在有如瞬时接地故障等的现象,会在电压互感器中产生很大的谐波电流,导致互感器内部铁芯饱和使二次侧的波形发生畸变,当畸变足够大时,就形成了铁磁谐振。另外也有因磁滞损耗和涡流损耗而形成谐振的情况，在形成的谐波含量中:16.667Hz、25Hz、150Hz三种成分比重较大，其他的分量相对很小，一般忽略。所以微机谐振判据：17Hz谐波电压≥17V，25Hz谐波电压≥25V，150Hz谐波电压≥33V。接地判据：基波电压≥30V。 过压判据：基波电压≥120V。
三、采用4PT电压互感器的设计方案
四单相全绝缘电压互感器，即在接成三相星形电压互感器中性点串接一只同样规格的电压互感器。由于电压互感器的励磁阻抗大，又具有普通电压互感器的绝缘水平，因此可以近似认为中性点是对地绝缘的。当发生单相接地时，电压互感器的一次电压出现零序和正序电压，其正序电压施加在三相组互感器上，三相组互感器一次绕组仍然承受网络的对称电压，即主PT上的各相电压不发生变化，而零序电压则由三相主PT和零序电压互感器构成。
由于三相电压互感器的开口三角回路如果采用短接，则三相电压
互感器和零序电压互感器分别担负着正序电压和零序电压的测量功能，同时，这种接线方式也使零序回路中仅有单相电压互感器一种磁化电感，从根本上破坏了产生铁磁谐振的条件，也达到消谐效果。但是由于三相电压互感器零序阻抗被短路，消弱了对超低频振荡的抑制作用，若回路内电流过大而超出绕组热容量也可能导致产品烧坏。
所以，现在普遍采用三相电压互感器的开口三角与零序电压互感器的零序线圈按正极性串联，它包含了三相电压互感器的少部分零序电压，显然比三相电压互感器的开口三角短接测量零序电压要精确，同时由于零序回路不是短接的，其零序电流不会过大而避免了零序回路绕组烧坏。同时，正常运行时三次谐振电势则相互抵消，从而没有三相电压不平衡和开口三角回路电压超标的麻烦，有效地抑制超低频振荡电流。其存在缺点：二次接线繁琐，容易接错，存在零序感抗影响，测量存在误差，安装比较麻烦。 参考文献：
1、高磊.母线电压互感器中性点加装消谐装置问题探讨《电器工业》，2008.10
2、《高电压技术》重庆大学、南京工学院合编、电力工业出版社
2、《关于4PT电压互感器防谐振与开口三角接线说明》厦门大一互科技有限公司技术部、质量部2008.06.18
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