一、什么是线性谐振过电压？

线性谐振过电压，指的是在一个线性电路系统（即元件为电阻、电感、电容等线性器件）中，由于感抗与容抗在某一频率点发生“谐振”，导致某些电压量显著升高的现象。

在一个简单的LC串联或并联电路中，电感（L）与电容（C）之间可能在某一特定频率下发生谐振，即：

$$f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$$f0=2πLC1

当外部电源频率或系统扰动频率接近这个谐振频率$f_0$f0时，电路的阻抗会发生突变，从而在某些点上形成电压放大效应，即产生线性谐振过电压。

二、线性谐振过电压的主要成因

1. 系统电容与电感的自然匹配

电力系统中，变压器、电缆、电容器、电感型负载等的固有参数组合有可能自然形成某种LC回路，这种组合可能导致潜在的谐振条件。

2. 外部激励频率干扰

外部暂态电压、开关操作、电弧或谐波源等提供特定频率激励，若恰好落在LC系统的谐振频率附近，极易引发共振。

3. 并联电容器组投切

电力系统中投切并联电容器组时，若未考虑系统等效电感，会形成并联谐振，引发局部电压升高。

4. 电缆与设备间的不当配合

高压长电缆线路与开关设备连接时，容易形成分布电容和漏感组成的谐振网络。

三、线性谐振过电压的数学分析

设一个线性串联谐振电路包含理想的L和C，交流电源为：

$$u(t) = U_m \cdot \sin(\omega t)$$u(t)=Um⋅sin(ωt)

电路的总阻抗为：

$$Z(\omega) = j\omega L + \frac{1}{j\omega C} = j\left(\omega L - \frac{1}{\omega C}\right)$$Z(ω)=jωL+jωC1=j(ωL−ωC1)

当$\omega = \omega_0 = \frac{1}{\sqrt{LC}}$ω=ω0=LC1 时，$Z(\omega) = 0$Z(ω)=0，电流达到最大值，理论上为无限大（实际受电阻限制），而某些点上的电压可能会远超正常工作值，形成谐振过电压。

四、线性谐振过电压的典型特征

五、线性谐振过电压的危害

1. 设备绝缘击穿
   高电压可能远超设备绝缘水平，造成电容器、电缆、开关设备绝缘击穿。

2. 谐波放大
   在特定频率点，电力系统对谐波分量出现放大效应，损害电能质量。

3. 继电保护误动
   过电压或谐波畸变可能造成继电保护设备误判断，引发误跳闸。

4. 通信干扰
   高频过电压会在变电站或工控系统中产生电磁干扰（EMI），干扰通信设备正常工作。

六、如何识别线性谐振过电压？

1. 系统建模与谐振频率分析

通过对系统电网拓扑、电感、电容值进行建模，计算理论谐振频率。

2. 现场监测与FFT频谱分析

对电压、电流信号进行采样后，利用快速傅里叶变换（FFT）查看是否在某频率出现异常尖峰。

3. 典型波形特征识别

谐振过电压波形呈现局部性突变、高频震荡等特征，区别于普通过电压。

七、防治线性谐振过电压的工程措施

1. 优化系统参数配置

合理调整电容器组、电缆长度与连接方式，避免谐振条件出现。

2. 加装阻尼装置

在LC回路中引入阻尼（如串联小电阻或铁氧体磁珠），降低谐振品质因数Q值。

3. 采用谐振避开策略

通过调整开关频率、变频器设置等方式避开谐振频率。

4. 安装过电压保护装置

安装避雷器、TVS管或MOV等，抑制高幅值过电压。

5. 谐波滤波器设计

采用被动或有源滤波器，吸收特定频率的谐波，防止激励谐振。

八、线性谐振过电压与非线性谐振过电压的对比

九、典型案例分享

案例：某变电站投切电容器时过电压事故

• 背景：10kV系统某变电站并联投切电容器组。

• 现象：电容器投切瞬间站内某变压器出线端出现6倍过电压。

• 原因：系统投切电容器后与变压器漏感形成谐振。

• 处理：增设串联电阻作为阻尼器，有效抑制过电压发生。

十、总结

线性谐振过电压作为一种常见但危险的系统电气现象，其成因可被精确建模与计算，危害巨大但防控有据。工程实践中应高度重视对系统LC结构的分析与谐振频率的识别，配合科学的参数匹配与防护设计，才能保障电力系统及敏感设备的稳定运行。