中性点不接地系统铁磁谐振及抑制措施仿真研究

摘要

在10kV配电网里，电磁式电压互感器(PT)是常用于监测母线对地电压的设备，由于其非线性特性，在某些故障（比如单相接地故障消除）或不正常运行工况下，有可能导致铁芯饱和与系统对地电容相匹配，诱发铁磁谐振，产生过电压、过电流，严重时还易引起熔丝熔断，甚至电压互感器烧毁。这威胁电力系统的稳定安全运行，因此，对于这一现象的研究极为重要。 本文首先阐述了铁磁谐振的基本原理，从PT的非线性励磁特性角度，通过图解法、数学函数拟合法论述铁磁谐振的机理，总结了铁磁谐振各类型的参数范围以及铁磁谐振的危害，分析了当系统的参数匹配超出铁磁谐振的参数范围时，仍然会出现类似铁磁谐振过电压、过电流的原因——低频非线性振荡。 然后结合并简化变电站主接线图和参数，基于ATP-EMTP仿真平台构建将PT的漏抗、铁损考虑在内的单相三绕组PT模型，搭建10kV中性点不接地系统的仿真模型。以单相接地故障瞬时消失作为激发条件，仿真分析不同类型铁磁谐振的过电压、过电流特点，研究四种影响因子对于铁磁谐振过电压、过电流的影响。 最后根据仿真模型，对现有的抑制措施进行仿真分析，包括了PT侧的PT开口三角形侧接阻尼电阻、PT一次侧中性点接非线性电阻或者线性电阻接地的抑制措施，以及系统侧的增加对地电容、系统中性点接小电阻接地以及系统中性点接消弧线圈接地抑制措施，综合对比分析各消谐措施的优缺点以及适用范围。针对现有消谐措施的局限性，提出了一种抑制效果明显并且能够缩小测量误差范围的消谐措施——PT一次侧中性点经零序PT并消谐器或线性电阻接地，并在此基础上，针对多台母线PT并联运行时，分析其装设不同抑制措施对于消谐效果的影响。

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致谢

变量注释表

1 绪论

1.1研究背景及其意义(Research Background and Its Significance)

1.2国内外研究现状(Research Status at Home and Abroad)

1.3本文主要研究内容（The Main Research Contents of This Paper）

2 铁磁谐振机理分析

2.1PT的典型配置方案(Typical Configuration of PT)

2.1.1 PT的具体配置情况

2.1.2 PT熔断器的具体配置情况

2.2PT的非线性励磁特性(Nonlinear Excitation Characteristics of PT)

2.3铁磁谐振的机理分析(Analysis on the Mechanism of Ferromagnetic Resonance)

2.3.1 图解法

2.3.2 数学函数拟合法

2.4铁磁谐振发生的参数范围(The Parameter Range of Ferromagnetic Resonance)

2.5铁磁谐振的表现及危害（Performance and Harm of Ferromagnetic Resonance）

2.6低频非线性振荡（Low Frequency Nonlinear Oscillation）

2.7本章小结（The Summary of this Chapter）

3 铁磁谐振仿真分析

3.1ATP-EMTP仿真软件应用（ATP-EMTP Simulation Software Application）

3.2.1 某变电站电气主接线图

3.2.2 系统简化图

3.2.3 仿真模型的搭建

3.3铁磁谐振影响因子的仿真分析（Simulation Analysis of the Influencing Factors of Ferromagnetic Resonance）

3.3.1 母线出线总长度的影响

3.3.2 PT励磁特性的影响

3.3.3 PT直流电阻的影响

3.3.4 单相接地过渡电阻的影响

3.4本章小结（The summary of this Chapter）

4 铁磁谐振防治措施的综合分析与仿真

4.1在PT侧采取的抑制措施仿真分析（Simulation Analysis of the Auppression Measures Taken on the PT Side）

4.1.1 PT开口三角接阻尼电阻

4.1.2 PT一次侧中性点接非线性电阻

4.1.3 PT一次侧中性点接线性电阻接地

4.2.1 增加对地电容

4.2.2 系统中性点经电阻接地

4.2.3 系统中性点接消弧线圈接地

4.3本章小结（The Summary of this Chapter）

5 带零序电压互感器并消谐器的应用

5.1PT一次侧中性点经零序PT接地（The Neutral Point of the PT Primary Side is Grounded by Zero Sequence PT）

5.2 PT一次侧中性点经零序PT并消谐器或线性电阻接地（The Neutral Point of the PT Primary Side is Grounded by Zero Sequence PT and Detuner or Linear Resistance）

5.3多台母线PT并联运行时其消谐效果的研究（Study on Detuning Effect of Multi-Bus PT Parallel Operation）

5.3.1 装设方案1

5.3.2 装设方案2

5.3.3 装设方案3

5.4本章小结（The summary of this Chapter）

6 结论与展望

6.1 全文总结(Full Text Summary)

6.2 展望(Expectation)

参考文献

作者简历

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