一起電磁式電壓互感器匝間絕緣損壞故障診斷

隋恒，岳彩鵬，刁明濤

（國網(wǎng)山東省電力公司聊城供電公司，山東聊城252000）

一起電磁式電壓互感器匝間絕緣損壞故障診斷

隋恒，岳彩鵬，刁明濤

（國網(wǎng)山東省電力公司聊城供電公司，山東聊城252000）

對一起電磁式電壓互感器故障進行檢測分析，發(fā)現(xiàn)是因為過電壓造成電壓互感器一次繞組匝間絕緣損壞。結合電磁式電壓互感器結構及使用情況，提出選用優(yōu)質(zhì)勵磁特性的電壓互感器、增加消諧裝置、改變互感器接線方式等措施可有效預防該類故障的發(fā)生。

電磁式電壓互感器；過電壓；匝間絕緣

0 引言

電磁式電壓互感器因結構簡單、價格合理而廣泛應用于35 kV及以下電壓等級系統(tǒng)中，但其繞組的阻抗易受鐵芯磁通飽和程度影響，當出現(xiàn)接地故障、負荷波動等情況時，系統(tǒng)中電容、電感可能會改變發(fā)生諧振，產(chǎn)生過電壓、過電流，影響電壓互感器的安全運行［1］。

1 故障描述

1.1 現(xiàn)場情況

某220 kV變電站35 kV側(cè)接線方式為單母線分段，正常運行時35 kV I、II段母線分列運行。2014-07-07，35 kV I段母線報警失壓，合上母線分段開關后，35 kV母線以單母線方式運行，I段母線電壓互感器退出運行。搶修人員將電壓互感器小車式開關柜拉出，檢查I段母線電壓互感器及開關柜，沒有發(fā)現(xiàn)放電、絕緣龜裂等現(xiàn)象，將電壓互感器相連的高壓熔斷器取下后進行導通測試，發(fā)現(xiàn)B相熔斷器不通，其它兩相熔斷器測試正常。

1.2 現(xiàn)場檢查試驗

該電壓互感器出廠日期為2012年5月，型號為JDZX9-35，單相半絕緣結構，二次側(cè)有3個繞組。對三相電壓互感器進行絕緣電阻、直流電阻及變比測試，結果如表1所示。

表1 互感器絕緣電阻及直流電阻測試結果

根據(jù)表1，B相互感器一次繞組絕緣電阻明顯小于其他兩相，并小于其出廠值100 000 MΩ。根據(jù)Q／GDW 168—2008《輸變電設備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》要求，電磁式電壓互感器一次繞組絕緣電阻應滿足“初值差不超過－50%（注意值）”［2］，B相一次繞組絕緣電阻初值差為－60%，說明互感器內(nèi)部發(fā)生了絕緣損壞故障。

B相一次繞組直流電阻明顯偏小，其中A、B相直阻互差達123.6%，B、C相直阻互差達123.9%，三相電壓互感器的二次繞組的直流電阻值平衡，三相互差依次為0.57%、0.18%、0.14%。

根據(jù)銘牌，電壓互感器一次繞組與二次繞組額定電壓比依次為350、350、600。根據(jù)表2數(shù)據(jù)，B相電壓互感器一次繞組與二次側(cè)三個繞組的電壓比均明顯大于額定變比。結合直流電阻測試結果，可判斷故障位置在一次繞組。

對B相電壓互感器進行勵磁特性試驗，記錄試驗電壓下二次繞組電流，結果如表2所示。

表2 B相電壓互感器勵磁特性測試結果

進行勵磁特性試驗時，勵磁電壓超過8 V時，二次繞組勵磁電流已超過20 A，此時試驗輸出容量超過試驗儀器額定值，電壓無法繼續(xù)升高。出廠試驗報告顯示勵磁試驗電壓為110 V時，電流僅為0.31 A。顯然，B相電壓互感器勵磁特性發(fā)生變化，勵磁電壓較小時鐵芯即處于過飽和狀態(tài)，這是繞組匝間短路的典型特征。結合前述一次繞組直流電阻減小的情況，可確定B相電壓互感器一次繞組內(nèi)存在匝間短路，鐵心處于過飽和狀態(tài)，導致勵磁電流增大從而使熔斷器熔斷，最終母線失壓報警。

2 故障分析

故障發(fā)生時天氣晴好，外部無雷擊情況，故障前1號接地變壓器、III組電容器組35C3及架空出線314線掛I段母線運行，I、II段母線并列運行后合入III組電容器后未跳閘，說明電容器組沒有接地故障。根據(jù)調(diào)度相關記錄，314線路B相曾有瞬時單相接地信號，但隨即消失，巡線檢查沒有發(fā)現(xiàn)接地故障。因此，推斷此次故障起因于架空出線單相接地，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)接地故障示意

圖1中，B相的K點單相接地后，非故障相A、C相電壓升高，向?qū)Φ仉娙軨0充電。接地故障消失后，對地電容C0經(jīng)電壓互感器的一次繞組放電，造成互感器勵磁電流突然增大，使鐵芯處于過飽和狀態(tài)，勵磁阻抗下降。

隨著電壓互感器阻抗的改變，當系統(tǒng)的等效容抗與感抗相等時，產(chǎn)生鐵磁諧振，諧振產(chǎn)生的過電壓會損壞互感器一次繞組的匝間絕緣，鐵芯的勵磁特性發(fā)生改變而處于過飽和狀態(tài)，使一次繞組電流畸變增大，電流瞬時增大超過熔斷器額定電流后使熔斷器動作。

3 防范措施

由上述分析可知，鐵芯的非線性鐵磁特性是產(chǎn)生鐵磁諧振的根本原因［3］。目前，消除諧振主要集中在以下幾方面：改變系統(tǒng)電感、電容元件參數(shù)，使它們不具備諧振條件；快速消耗諧振能量，降低諧振過電壓、過電流的倍數(shù)；合理地分配有功負荷，一般在輕載或空載條件下易發(fā)生諧振［4］。

具體到本次故障中的半絕緣電壓互感器，可采用以下方法。

1）選用勵磁特性優(yōu)良的電壓互感器。勵磁特性不好的電壓互感器，其勵磁特性曲線飽和點較低，在單相接地故障時會引起鐵心飽和，勵磁電流突然增大，電抗降低，容易導致鐵磁諧振。電壓互感器勵磁特性的好壞，主要取決于磁路設計、鐵心材質(zhì)、制造工藝等因素，選用勵磁特性優(yōu)良的電壓互感器，是防治鐵磁諧振的治本之策［5］。

2）電壓互感器一次繞組經(jīng)消諧電阻接地消諧。消諧電阻可以在單相接地故障消失后，限制一次繞組中的電流，避免鐵心過飽和使電抗下降，從而避免諧振的形成。消諧電阻的大小應適當選取，消諧電阻越大，消諧效果越好，但消諧電阻太大會使電阻壓降增大，容易使電阻發(fā)熱被燒毀，同時消諧電阻的分壓效果會降低電壓互感器開口三角繞組輸出電壓，可能影響繼電保護裝置動作的靈敏度。

3）四互感器法消諧。三相互感器一次繞組通過一臺單相互感器接地，相當于在三相電壓互感器中性點接入一個高阻抗，使電磁式電壓互感器等值阻抗增加。發(fā)生單相接地時，零序電壓大部分降落在單相電壓互感器上，使電磁式電壓互感器不易飽和。但這種方法增大了電壓互感器的等效電感，使諧振產(chǎn)生的過電流存在長時間延長，對中性點的單相電壓互感器質(zhì)量要求較高。

4）電力系統(tǒng)中性點經(jīng)消弧線圈接地。發(fā)生單相接地故障時，消弧線圈中的電感電流補償接地電容電流，從而減小接地電流，由于消弧線圈的電感遠小于電壓互感器的勵磁電感，電壓互感器分流較小，避免了電壓互感器鐵心飽和現(xiàn)象的發(fā)生。

5）在電壓互感器的開口三角繞組并聯(lián)阻尼電阻消諧。并聯(lián)阻尼電阻一般為壓敏電阻。系統(tǒng)正常運行時，開口三角繞組輸出電壓為零，電阻呈高阻值。發(fā)生諧振時，開口三角繞組有零序電壓，電阻呈低值，快速消耗諧振能量。

4 結語

隨著電網(wǎng)的不斷擴大、線路長度的增加以及電力電纜的廣泛應用，電力系統(tǒng)電容電流越來越大，諧振過電壓成為35 kV及以下電壓等級系統(tǒng)最主要的威脅之一。通過采用優(yōu)質(zhì)勵磁特性的電壓互感器、增加消諧裝置、改變互感器接線方式，能夠有效消除諧振產(chǎn)生的條件，防止諧振的發(fā)生。

［1］王文潔，王泱，古海濱.電磁式電壓互感器引發(fā)的鐵磁諧振的研究［J］.華北電力大學學報，2006，33（6）：43-46.

［2］DL／T 393—2010輸變電設備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程［S］.

［3］趙修民.電壓互感器［M］.太原：山西科學教育出版社，1987.

［4］高鵬，馬江泓，劉富元.非有效接地系統(tǒng)中電壓互感器防諧振措施研究［J］.電網(wǎng)與水利發(fā)電進展，2008，24（1）：24-28.

［5］戴憲斌.電磁式電壓互感器鐵磁諧振及消諧方法的分析［J］.電氣開關，2010（1）：4-8.

Interturn Insulation Failure Diagnosis of an Electromagnetic Potential Transformer

SUI Heng，YUE Caipeng，DIAO Mingtao
（State Grid Liaocheng Power Supply Company，Liaocheng 252000，China）

A failure of an electromagnetic voltage transformer is analyzed.Inspection test indicates that the failure is due to damaged interturn insulation which is caused by overvoltage.Combined with the structure and usage of the transformer，measures to prevent these failures are put forward，such as choosing high quality characteristic excitation voltage transformer，addition of harmonic elimination device，and pattern shifting of the transformer wiring.

electromagnetic voltage transformer；overvoltage；interturn insulation

TM451

B

1007－9904（2015）06－0066－03

2015-02-25

隋恒（1986），男，工程師，從事高壓試驗檢修工作；

岳彩鵬（1984），男，從事高壓試驗檢修工作；

刁明濤（1979），女，從事高壓試驗工作。