串联电抗器后产生分频谐振的原因

在电力电容器回路中串联电抗器，是抑制谐波和限制合闸涌流的标准做法。然而，这一配置在特定条件下可能引发分频谐振。这是一种铁磁谐振，其振荡频率低于系统工频（通常为工频的1/2或1/3等），并会导致严重的过电压和过电流。

分频谐振的产生，是电容器-电抗器串联回路与系统非线性电感在特定参数匹配下相互作用的结果。

一、产生分频谐振的物理基础

1、容性回路的存在

串联了电抗器的电容器支路，其整体阻抗在工频下呈容性。这是构成谐振回路的先决条件。

2、非线性电感的存在

系统的非线性电感主要来源于空载或轻载运行的变压器的励磁电感。铁芯材料的磁化曲线是非线性的，其电感值（L）会随着绕组两端电压的升高和铁芯的饱和而急剧减小。这是引发铁磁谐振的关键因素。

3、形成串联谐振回路：

变压器的非线性励磁电感（L_T）与容性的电容器-电抗器支路（其等效容抗为 X_C - X_L）共同构成了一个对地（相与地之间）的串联谐振回路。

二、分频谐振的产生机理

1、扰动触发：

线路的合闸操作，特别是只投入一条空载线路和一组电容器时。

系统中发生单相接地故障，并在故障切除后恢复电压的瞬间。

变压器充电励磁涌流中的谐波分量。

2、参数匹配与频率“捕捉”：

在正常工频电压下，变压器励磁电感较大，回路自振频率高于工频，系统稳定。

当扰动导致变压器端口电压瞬时升高，使其铁芯进入饱和区时，励磁电感L_T值会大幅下降。

根据串联谐振频率公式f_r = 1 / (2π√(L_T C))，电感L_T的减小会导致回路自振频率f_r降低。

当降低后的自振频率f_r恰好等于工频的某一个分数（如1/2）时，系统就满足了分频谐振的条件。此时，即使扰动消失，回路也会被“锁定”在这个较低的频率上持续振荡。

串联电抗器后产生分频谐振的根本原因在于：由电容器和串联电抗器构成的容性支路，与系统中空载变压器的非线性励磁电感，在外部扰动下形成了一个串联谐振回路。