10kV電壓互感器高壓熔絲頻繁熔斷的故障分析及預(yù)控措施

李國(guó)輝

（廣東電網(wǎng)清遠(yuǎn)陽(yáng)山供電局，廣東 清遠(yuǎn) 513100）

一、電壓互感器概念原理與運(yùn)行方式

PT（電壓互感器），為一種按一定的比例由高電壓轉(zhuǎn)換成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的低電壓（常規(guī)是100/V、100V），在高壓與相位能夠保持一致聯(lián)系的基礎(chǔ)上，能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)高壓量值變化的設(shè)備進(jìn)行不同反映。PT（電壓互感器）從另一種角度上來(lái)說(shuō)是一個(gè)降壓變壓器（圖1所示）：基于在電磁感應(yīng)的原理之中，二次側(cè)會(huì)在匝數(shù)較少、儀表與保護(hù)等負(fù)載及二次側(cè)并接時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓感應(yīng)，因?yàn)檫@些負(fù)荷通過(guò)二次電流相當(dāng)?shù)男。惺种蟮淖杩怪?，所以在PT（電壓互感器）的工作情況中，相當(dāng)于出現(xiàn)空載情況的變壓器。

二、電壓互感器損壞及高壓熔絲熔斷的危害

（1）在引起PT受到損壞及高壓熔絲燒毀之后，此種現(xiàn)象的出現(xiàn)，若不立即進(jìn)行修復(fù)，將會(huì)引發(fā)10kV母線運(yùn)行不能進(jìn)行分段。（2）正常情況下，諧振過(guò)電壓在10kV系統(tǒng)中，是最為常見(jiàn)引起的不尋常運(yùn)行現(xiàn)象，過(guò)電壓諧振幅度雖然不高，可它的存在是長(zhǎng)期性，尤其是低頻率的諧波影響變電站變壓器線圈裝置上，而其他設(shè)備可能危及絕緣總線上，可以使嚴(yán)重的弱點(diǎn)在其他絕緣擊穿，造成嚴(yán)重的傷害甚至是短期的大面積停電。（3）如果PT損壞或高壓保險(xiǎn)絲燒斷的，直接會(huì)對(duì)電量造成損失與計(jì)量方面也難以做到準(zhǔn)確算計(jì)；如此同時(shí)在保護(hù)消失的電壓，對(duì)供電設(shè)備的安全運(yùn)行將會(huì)受到嚴(yán)重危及。（4）在PT損壞或高壓變壓器保險(xiǎn)絲燒斷現(xiàn)象的情況下，操作人員將會(huì)在檢查設(shè)備時(shí)會(huì)造成傷害。

三、PT保險(xiǎn)絲熔斷主要故障原因分析

在實(shí)際運(yùn)行工作中，PT高壓熔絲經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)熔斷現(xiàn)象，其發(fā)生故障原因見(jiàn)見(jiàn)圖2。

圖2 電感伏安特性曲線

正常運(yùn)行時(shí)，wL≥1/wC，因此不會(huì)發(fā)生wL=1/wC時(shí)的諧振。而非線性元件電感其伏安特性曲線是一條直線前磁芯不飽和，電感值不變的保持著，系統(tǒng)將生成一些波動(dòng)，PT本身的運(yùn)行狀態(tài)會(huì)出現(xiàn)變化，從而引發(fā)增高相電壓，三相鐵核心發(fā)生各種程度狀態(tài)的飽和，導(dǎo)致電感值下降（圖2）；根據(jù)共振分配制度的原則，PT電感出現(xiàn)不同類型的鐵磁諧振及共振現(xiàn)象。對(duì)于運(yùn)行時(shí)，通常會(huì)引起鐵磁諧振的原因是：?jiǎn)蜗嘟拥?、單相電弧接地，PT合閘之時(shí)繞組內(nèi)出現(xiàn)特大涌流，不管是什么原因，鐵磁諧振在PT保險(xiǎn)絲熔斷中仍然是一個(gè)十分重要的原因。

2 較低的飽和電流

在系統(tǒng)中出現(xiàn)單相接地的時(shí)候，故障點(diǎn)將會(huì)在電容電流中流過(guò)，升高到線的電壓是未接地相的電壓，在接地故障的時(shí)候，電荷出現(xiàn)的電容電流的通路以接地點(diǎn)為主，在大地、導(dǎo)線與電源之間進(jìn)行流通中。因?yàn)镻T阻抗勵(lì)磁相當(dāng)之大，電流流過(guò)少接地故障消失時(shí)，電流的路徑將被切斷，而在非接地相中，一定要由線電壓剎那間返回到相電壓的正常水平。然而，因?yàn)橐褦嚅_(kāi)的接地故障，在非接地相的接地時(shí)候線電壓下的電荷已經(jīng)被充電，只要能對(duì)高壓繞組的通過(guò)，經(jīng)過(guò)原有接地的中性點(diǎn)能夠進(jìn)人大地中；在高壓繞組過(guò)程中，一個(gè)相當(dāng)高幅值的飽和低頻電流必將會(huì)流過(guò)，導(dǎo)致鐵心出現(xiàn)嚴(yán)重飽和現(xiàn)象，越容易出現(xiàn)飽和的鐵心，就會(huì)有越大的飽和電流，高壓保險(xiǎn)絲就會(huì)很容易發(fā)生熔斷。

3 PTX端絕緣水平與消諧器難以匹配導(dǎo)致保險(xiǎn)絲熔斷

在10kV PT的X端絕緣中，主要有弱絕緣與全絕緣兩種，弱絕緣的PT（電壓互感器）X端工頻耐受的電壓是3kV；全絕緣的PT（電壓互感器）X端耐受的電壓和首端存在相同。對(duì)于選擇X端弱絕緣中性點(diǎn)消諧器時(shí)，一定要在電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行與經(jīng)受到相當(dāng)大的干擾后，均能促使X端電壓在絕緣允許范圍之內(nèi)受到限制，不然的話X端子就極可能放電入地，引起一次繞組電流來(lái)斷增大，使保險(xiǎn)絲熔斷。

4 雷云閃電時(shí)，PT多相高壓保險(xiǎn)熔斷的原因分析

在比較空曠的野外環(huán)境中，沒(méi)有架空地線的10kV～35kV的架空線，三相導(dǎo)線暴露于空氣中，對(duì)相同數(shù)量的束縛電荷均都感應(yīng)到。當(dāng)云雷放電時(shí)，上線的三相導(dǎo)體的兩側(cè)的移動(dòng)有關(guān)的電荷，形成電波入侵變電站。這次入侵波的電壓相對(duì)比較低，保險(xiǎn)絲熔斷的結(jié)果主要原因是發(fā)熱，只有電流的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)且幅值又高的侵入波，方會(huì)致使高壓保險(xiǎn)絲熔斷，而這兩個(gè)條件大多數(shù)侵入波均沒(méi)有同時(shí)具備著，因此，在大多風(fēng)暴天氣中，雷電造成PT保險(xiǎn)絲熔斷仍然是一個(gè)大概率事件。

5 PT（電壓互感器）自身的欠缺

PT的絕緣下降等現(xiàn)象也會(huì)發(fā)生保險(xiǎn)絲熔斷，尤其是當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生位移過(guò)電壓等情況之時(shí)，必將會(huì)立即顯現(xiàn)保險(xiǎn)絲熔現(xiàn)象，對(duì)于設(shè)備自身的不足之處，其設(shè)備運(yùn)行的檢查與維護(hù)應(yīng)做好工作即可。10kV PT（電壓互感器）保險(xiǎn)絲熔斷與其參數(shù)有莫大的聯(lián)系，在初期建站中，根據(jù)預(yù)定負(fù)荷設(shè)定的PT鐵芯磁飽和系數(shù)相對(duì)偏小，電壓引發(fā)大幅度變動(dòng)或負(fù)荷在發(fā)生波動(dòng)的時(shí)候，其鐵芯達(dá)到飽和現(xiàn)象容易發(fā)生，同時(shí)可以達(dá)到了鐵磁諧振的條件。

四、保險(xiǎn)絲頻繁燒壞主要的預(yù)控措施

1 要使鐵磁諧振得到消除，在電力系統(tǒng)中主要有如下一些方法：①采用采用電容式的PT或勵(lì)磁特性能好的PT；②在回路的零序增加阻尼式電阻，即是在開(kāi)口三角繞組處或一次繞組中性點(diǎn)加裝非線性電阻或消諧器；③破壞其諧振條件，對(duì)地電容需增大。因?yàn)榉磋F磁諧振特性的JSZFR-10G型號(hào)PT更換成本高，本著更加進(jìn)一步地挖潛進(jìn)行增效，使企業(yè)最大化的利益得以實(shí)現(xiàn)，該系列變壓器初級(jí)側(cè)電壓中性線和地線之間的電阻達(dá)到消除和限制諧波的阻尼效果，電壓互感器的接地故障引起的鐵磁諧振電路，在一定程度上能有效地抑制、緩解損壞PT。

圖3 一次中性點(diǎn)加消諧裝置

2 采用非線性PT中性點(diǎn)電阻或諧波消除方法抑止低頻飽和電流，如上述情況之下，如果在高壓繞組中性點(diǎn)上，然后接入一個(gè)足夠大的接地R，單相故障在消失之時(shí)，低飽和電流穿過(guò)電阻再進(jìn)入大地里。因?yàn)榇蠖鄶?shù)的電阻器兩端的電壓降，很容易抑止較低的飽和電流，致使高電壓保險(xiǎn)絲不會(huì)輕易熔斷，在同一時(shí)間，因?yàn)榱阈螂妷旱碾娐反?lián)電阻，使PT鐵磁諧振過(guò)電壓的壓降于的大部分電阻上面，避免磁芯飽和，讓鐵磁諧振過(guò)電壓的發(fā)生得到了限制。鑒于電力電網(wǎng)中性點(diǎn)的正常運(yùn)作是小，而當(dāng)滿足單一的開(kāi)口三角電壓靈敏度電壓變壓器中性點(diǎn)電阻性或非線性消諧，必須滿足一定的性能要求，安裝在二次側(cè)共振電子去除不能限制低頻飽和電流，當(dāng)出現(xiàn)電流時(shí)，它會(huì)把三角短路二次開(kāi)口，這就將電流幅值得到了增加。

3 中性點(diǎn)一次裝設(shè)消弧裝置（圖3所示）。這種方法一般是相關(guān)的純阻性中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈。改變的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的純電阻，阻尼和共振抑制發(fā)揮作用，導(dǎo)致在諧振區(qū)域中的變化，并加上阻力的增加，調(diào)諧范圍將繼續(xù)收縮，以形成一個(gè)形狀關(guān)閉。然而，這種方法應(yīng)該注意到的問(wèn)題有：采用接電阻措施的中性點(diǎn)應(yīng)考慮電壓電阻的PT繞組X端（尾部）的絕緣級(jí)別，峰值高達(dá)15kV，尾端絕緣級(jí)別如果不夠強(qiáng)，它可以被受到損壞的。連接到中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的電容較大，那么中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電容電流可以得到補(bǔ)償?shù)?，它能夠有效地抑止過(guò)電流，其效果是最明顯不過(guò)。

4 根據(jù)諧振發(fā)生條件進(jìn)行分析，在PT所在母線上裝置消弧線圈，能夠使電容遠(yuǎn)小于電感，從而大大降低了PT鐵磁諧振產(chǎn)生的機(jī)會(huì)；同時(shí)，引發(fā)單相接地故障于該母線上時(shí)，消弧線圈使接地電弧能夠盡快熄滅保護(hù)好關(guān)聯(lián)的電氣設(shè)備，這些措施是不夠的，只因在電網(wǎng)上的某些變化或一些成本的增加，所以你可以根據(jù)公司目前的變電站和電力需求選擇性安裝消弧線圈。

5 為PT留有充足的余量，尤其是磁飽和量對(duì)設(shè)備進(jìn)行設(shè)置，宜留有余量勵(lì)磁特性，以確保伴隨增加的負(fù)載，該設(shè)備仍然能夠是穩(wěn)定與安全的運(yùn)行。選擇一個(gè)好的PT的勵(lì)磁特性的同時(shí)，可以保證穩(wěn)定的勵(lì)磁線圈，磁飽和沒(méi)有達(dá)到之時(shí)，穩(wěn)定系統(tǒng)暫時(shí)的波動(dòng)勵(lì)磁特性的電感值是相對(duì)穩(wěn)定的，由此不會(huì)產(chǎn)生電感值下降。

[1]電壓互感器常見(jiàn)故障排查[J].安全生產(chǎn)，2010.