10kV電壓互感器高壓熔絲頻繁熔斷的故障分析及預控措施

李國輝

（廣東電網清遠陽山供電局，廣東 清遠 513100）

一、電壓互感器概念原理與運行方式

PT（電壓互感器），為一種按一定的比例由高電壓轉換成相對標準的低電壓（常規是100/V、100V），在高壓與相位能夠保持一致聯系的基礎上，能實時準確地對高壓量值變化的設備進行不同反映。PT（電壓互感器）從另一種角度上來說是一個降壓變壓器（圖1所示）：基于在電磁感應的原理之中，二次側會在匝數較少、儀表與保護等負載及二次側并接時會產生電壓感應，因為這些負荷通過二次電流相當的小，有十分之大的阻抗值，所以在PT（電壓互感器）的工作情況中，相當于出現空載情況的變壓器。

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，此種現象的出現，若不立即進行修復，將會引發10kV母線運行不能進行分段。（2）正常情況下，諧振過電壓在10kV系統中，是最為常見引起的不尋常運行現象，過電壓諧振幅度雖然不高，可它的存在是長期性，尤其是低頻率的諧波影響變電站變壓器線圈裝置上，而其他設備可能危及絕緣總線上，可以使嚴重的弱點在其他絕緣擊穿，造成嚴重的傷害甚至是短期的大面積停電。（3）如果PT損壞或高壓保險絲燒斷的，直接會對電量造成損失與計量方面也難以做到準確算計；如此同時在保護消失的電壓，對供電設備的安全運行將會受到嚴重危及。（4）在PT損壞或高壓變壓器保險絲燒斷現象的情況下，操作人員將會在檢查設備時會造成傷害。

三、PT保險絲熔斷主要故障原因分析

在實際運行工作中，PT高壓熔絲經常會出現熔斷現象，其發生故障原因見見圖2。

圖2 電感伏安特性曲線

正常運行時，wL≥1/wC，因此不會發生wL=1/wC時的諧振。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，系統將生成一些波動，PT本身的運行狀態會出現變化，從而引發增高相電壓，三相鐵核心發生各種程度狀態的飽和，導致電感值下降（圖2）；根據共振分配制度的原則，PT電感出現不同類型的鐵磁諧振及共振現象。對于運行時，通常會引起鐵磁諧振的原因是：單相接地、單相電弧接地，PT合閘之時繞組內出現特大涌流，不管是什么原因，鐵磁諧振在PT保險絲熔斷中仍然是一個十分重要的原因。

2 較低的飽和電流

在系統中出現單相接地的時候，故障點將會在電容電流中流過，升高到線的電壓是未接地相的電壓，在接地故障的時候，電荷出現的電容電流的通路以接地點為主，在大地、導線與電源之間進行流通中。因為PT阻抗勵磁相當之大，電流流過少接地故障消失時，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，因為已斷開的接地故障，在非接地相的接地時候線電壓下的電荷已經被充電，只要能對高壓繞組的通過，經過原有接地的中性點能夠進人大地中；在高壓繞組過程中，一個相當高幅值的飽和低頻電流必將會流過，導致鐵心出現嚴重飽和現象，越容易出現飽和的鐵心，就會有越大的飽和電流，高壓保險絲就會很容易發生熔斷。

3 PTX端絕緣水平與消諧器難以匹配導致保險絲熔斷

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。對于選擇X端弱絕緣中性點消諧器時，一定要在電網穩定運行與經受到相當大的干擾后，均能促使X端電壓在絕緣允許范圍之內受到限制，不然的話X端子就極可能放電入地，引起一次繞組電流來斷增大，使保險絲熔斷。

4 雷云閃電時，PT多相高壓保險熔斷的原因分析

在比較空曠的野外環境中，沒有架空地線的10kV～35kV的架空線，三相導線暴露于空氣中，對相同數量的束縛電荷均都感應到。當云雷放電時，上線的三相導體的兩側的移動有關的電荷，形成電波入侵變電站。這次入侵波的電壓相對比較低，保險絲熔斷的結果主要原因是發熱，只有電流的持續時間長且幅值又高的侵入波，方會致使高壓保險絲熔斷，而這兩個條件大多數侵入波均沒有同時具備著，因此，在大多風暴天氣中，雷電造成PT保險絲熔斷仍然是一個大概率事件。

5 PT（電壓互感器）自身的欠缺

PT的絕緣下降等現象也會發生保險絲熔斷，尤其是當電網發生位移過電壓等情況之時，必將會立即顯現保險絲熔現象，對于設備自身的不足之處，其設備運行的檢查與維護應做好工作即可。10kV PT（電壓互感器）保險絲熔斷與其參數有莫大的聯系，在初期建站中，根據預定負荷設定的PT鐵芯磁飽和系數相對偏小，電壓引發大幅度變動或負荷在發生波動的時候，其鐵芯達到飽和現象容易發生，同時可以達到了鐵磁諧振的條件。

四、保險絲頻繁燒壞主要的預控措施

1 要使鐵磁諧振得到消除，在電力系統中主要有如下一些方法：①采用采用電容式的PT或勵磁特性能好的PT；②在回路的零序增加阻尼式電阻，即是在開口三角繞組處或一次繞組中性點加裝非線性電阻或消諧器；③破壞其諧振條件，對地電容需增大。因為反鐵磁諧振特性的JSZFR-10G型號PT更換成本高，本著更加進一步地挖潛進行增效，使企業最大化的利益得以實現，該系列變壓器初級側電壓中性線和地線之間的電阻達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 一次中性點加消諧裝置

2 采用非線性PT中性點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上，然后接入一個足夠大的接地R，單相故障在消失之時，低飽和電流穿過電阻再進入大地里。因為大多數的電阻器兩端的電壓降，很容易抑止較低的飽和電流，致使高電壓保險絲不會輕易熔斷，在同一時間，因為零序電壓的電路串聯電阻，使PT鐵磁諧振過電壓的壓降于的大部分電阻上面，避免磁芯飽和，讓鐵磁諧振過電壓的發生得到了限制。鑒于電力電網中性點的正常運作是小，而當滿足單一的開口三角電壓靈敏度電壓變壓器中性點電阻性或非線性消諧，必須滿足一定的性能要求，安裝在二次側共振電子去除不能限制低頻飽和電流，當出現電流時，它會把三角短路二次開口，這就將電流幅值得到了增加。

3 中性點一次裝設消弧裝置（圖3所示）。這種方法一般是相關的純阻性中性點經消弧線圈。改變的系統參數設置的純電阻，阻尼和共振抑制發揮作用，導致在諧振區域中的變化，并加上阻力的增加，調諧范圍將繼續收縮，以形成一個形狀關閉。然而，這種方法應該注意到的問題有：采用接電阻措施的中性點應考慮電壓電阻的PT繞組X端（尾部）的絕緣級別，峰值高達15kV，尾端絕緣級別如果不夠強，它可以被受到損壞的。連接到中性點經消弧線圈接地系統的電容較大，那么中性點經消弧線圈接地電容電流可以得到補償的，它能夠有效地抑止過電流，其效果是最明顯不過。

4 根據諧振發生條件進行分析，在PT所在母線上裝置消弧線圈，能夠使電容遠小于電感，從而大大降低了PT鐵磁諧振產生的機會；同時，引發單相接地故障于該母線上時，消弧線圈使接地電弧能夠盡快熄滅保護好關聯的電氣設備，這些措施是不夠的，只因在電網上的某些變化或一些成本的增加，所以你可以根據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，尤其是磁飽和量對設備進行設置，宜留有余量勵磁特性，以確保伴隨增加的負載，該設備仍然能夠是穩定與安全的運行。選擇一個好的PT的勵磁特性的同時，可以保證穩定的勵磁線圈，磁飽和沒有達到之時，穩定系統暫時的波動勵磁特性的電感值是相對穩定的，由此不會產生電感值下降。

[1]電壓互感器常見故障排查[J].安全生產，2010.