電磁式電壓互感器運行中爆保險原因分析

保定供電公司 王立兵 馮正軍 劉 釗

1 PT爆保險的原因

電磁式電壓互感器廣泛應用于10、35kV等不接地系統，不接地系統的一大特征就是整個系統，只有電磁式電壓互感器中性點這個唯一的金屬對地通道。

為防止電壓互感器燒壞，在其一次側裝有保險管，電流為0.5A，當電流超過0.5A時，保險熔斷，將電磁式電壓互感器從系統切除，避免互感器一次繞組燒壞。實際上，以一臺額定電壓10/0.1kV的電壓互感器來說，額定電壓下的勵磁電流若為0.3A，則換算到一次，電流約為0.003A，遠小于0.5A。因此導致保險熔斷的最基本的原因就是，通過PT一次繞組的電流急劇增加，超過了0.5A。

導致電流增加的原因，可以歸納為以下幾點：1）單相接地誘發鐵磁諧振、系統諧波侵入、過電壓侵入等原因誘發了PT鐵芯飽和，導致阻抗急劇變小，電流激增。2）PT本身故障，如二次短路、一次絕緣擊穿等，導致PT一次電流增加。3）系統發生單相接地，當接地消失時，產生的低頻飽和電流，超過了保險的承受值，導致保險熔斷。分別闡述如下。

1.1 鐵芯飽和導致電流激增

誘發鐵芯飽和的基本原因可歸納為兩點，一是電壓升高，超過了PT的勵磁特性曲線的飽和點，導致鐵芯飽和。二是系統有低頻諧波侵入，導致鐵芯飽和。

關于電壓升高導致鐵芯飽和的幾點原因。一是單相接地，接地相電壓為零，但另兩相電壓升高至線電壓，根據例行試驗，目前有一部分PT的勵磁特性曲線拐點甚至還達不到線電壓，勢必會導致非接地相PT鐵芯飽和。二是過電壓的侵入，比如雷電波侵入，操作過電壓，單相接地時的弧光過電壓等，導致PT一次電壓升高，鐵芯飽和。在鐵芯飽和的初期，電流并不會增加到保險的熔斷值，但鐵芯一旦開始飽和，其感抗值就開始下降，在其它因數作用下，當下降到一定程度，和系統中其它電容參數達到匹配，即發生鐵磁諧振，導致電壓近一步升高，感抗值近一步下降，電流值越來越大，并最終導致PT保險熔斷。嚴重時，甚至可能引起互感器燒毀。

1.2 PT本身問題引起保險熔斷

PT本身問題，如二次短路、一次絕緣擊穿。二次短路，會造成一、二次繞組中電流增加，導致保險熔斷，嚴重時燒毀PT。一次絕緣擊穿，形成單相或多相接地，故障電流流過PT一次，導致保險熔斷。

1.3 低頻震蕩電流

系統正常運行時，三相對地線路及相間電容充滿了電荷，當發生單相接地時，接地相電荷釋放，非接地相電壓升高至線電壓，非接地相對地電容儲存的電荷會再分配。當接地消失時，三相電壓恢復正常，對地電容電荷會再次進行分配，在這個瞬變的過程中，相當于充滿電荷的電容突然合閘到電感回路上，引起涌流，該電流通過PT一次繞組，造成保險熔斷。

2 目前電力系統中消諧措施

2.1 4PT

所謂4PT,就是在三相Y形連接的電磁式電壓互感器的中性點再加裝一只電壓互感器。其優點一是增加零序阻抗；二是在系統發生單相接地時產生的零序電壓主要加在零序電壓互感器上，原PT只反應正序電壓，無論是原星形接線PT還是新加裝的零序電壓互感器PT 鐵芯都將很難進人飽和區而產生諧振過電壓。當系統接地故障消失后，健全相積累的電荷必須經電壓互感器（其中性點接地）對地放電，使電壓恢復到正常電壓。現場測試和理論分析表明，這個暫態過程所產生的電流比正常電流大很多倍，可導致高壓熔斷器熔斷。這種放電電流頻率很低，幅值很大，一般稱為超低頻振蕩電流，該電流的危害目前在系統中很普遍（因為系統電容比以往大很多），當中性點經零序電壓互感器接地后，由于零序電壓互感器的電阻和高電抗使超低頻振蕩電流幅值得到有效的抑制，因此采用4PT接線抑制這種超低頻振蕩電流幅值是一種有效的措施。

較常規的4PT開口三角形是由PT三相繞組順極性串接并與第4支PT二次繞組順極性連接而成。這種接地的優點是，正常情況下4PT的接入基本不影響相間電壓、相電壓的測量；電網發生單相接地時，由于零序電壓加于PT+4PT一次繞組上，因此在調整4PT變比后，仍可得到檢測接地故障有較高的靈敏度。這種接地存在的最大問題是，因原PT無法提供三次諧波勵磁電流，三相平頂波勵磁電流作為4PT的勵磁電流，所以在4PT的二次側會出現較大的以三次諧波電壓為主的不平衡電壓，嚴重時會虛報出假的接地故障信號。

為克服這種接線存在的問題，可將PT的三角形繞組短接，3U0直接取自4PT的二次電壓。由于三角形繞組短接，提供了原PT三次諧波勵磁電流通路，從而使4PT二次的不平衡電壓大為減小。

這種改進型接線存在的最大問題是，電網發生單相接地或PT一次側發生斷線故障時，產生的零序電壓加于PT+4PT的一次繞組上，若4PT的阻抗不是很大，則PT一次繞組上就有一定數值的零序電壓，注意到開口三角形繞組處于短接狀態，則三角形繞組中將有較大的環流，如不及時處理，就有可能燒毀PT或發生PT爆炸的嚴重事故。此外，由于PT具有一定的零序阻抗，3U0并不能完全反應一次側零序電壓的大小，相當于降低了接地故障檢測的靈敏度。

為克服第二種接線存在的問題，對4PT作特殊處理，其特點是4PT具有極高的阻抗，是普通PT阻抗的數十倍。該接線具有第二種接線的優點，同時當電網發生單相接地或PT一次側發生斷線故障時，因4PT阻抗甚大，所以零序電壓幾乎全部加在4PT上，這樣一方面保證了原PT運行的安全；此外4PT的二次電壓也幾乎完全反應了一次側零序電壓的大小。

這種接線方式在運行中注意的一個問題是，電網單相接地伴隨超低頻振蕩時，由于頻率大幅度降低，導致4PT阻抗嚴重下降，從而使原PT上的零序電壓升高，三角形繞組環流增大，仍有可能發生燒毀PT的事故。從安全角度出發，建議三角形繞組經適當電阻后短接。

綜合運行經驗來看，4PT在運行中經常發生PT燒毀事故，我單位已基本將4PT進行了更換。

2.2 消諧器

消諧器實際是一種高容量非線性電阻器，起阻尼與限流的作用。可以起到良好的限制電壓互感器鐵磁諧振的效果。在不接地系統中，母線上Y接線的電壓互感器一次繞組，成為該電網對地唯一金屬性通道。當發生單相接地故障時，電網對地電容通過電壓互感器一次繞組有一個充放電的過渡過程，試驗測得此時常常有最高幅值達數安培的工頻半波涌流通過電壓互感器，此電流有可能將電壓互感器高壓熔絲熔斷。而安裝了消諧器后，這種涌流將得到有效抑制，高壓熔絲不再因為這種涌流而熔斷。同時，使用一次消諧器，也避免了4PT帶來的種種問題。

消諧器主要材料為Si C，使用金屬連接件進行連接。消諧器主要參數有：通過0.3mA（峰值）電流的電壓及阻值，通過3mA（峰值）的電壓及阻值，通流能力，功率，兩端限制電壓等。其中最重要的是通流能力，設計時必須考慮配合PT的中性點絕緣及PT高壓熔絲容量進行選型。

選取消諧器的型號除了與PT所在電網的額定電壓有關外，還與PT高壓繞組尾端（X端）的絕緣等級有關。由于消諧器是串接在PT一次繞組中性點與地之間的非線性阻尼器件，其非線性特征使消諧器在正常工作電流段具有一定阻值，從而有效的限制高壓涌流和鐵磁諧振。可是當電網發生異常的大電流時（如雷擊、電網斷線諧振），會產生一個比較大的電壓，如果PT尾端絕緣等級不高，就有可能損壞PT的尾端絕緣。因此根據X端絕緣情況選用合適的消諧器。

2.3 消弧線圈

消弧線圈安裝的目的，是為了抑制弧光接地過電壓。當消弧線圈投運時，相當于除了電磁式電壓互感器外，系統又多了一個金屬接地點。當系統發生單相接地時，由于消弧線圈的阻抗小于PT，因此低頻震蕩電流大部分通過消弧線圈，而通過PT的電流較少，不會引起保險的熔斷。

3 PT運行中爆炸的原因

關于PT運行中發生爆炸的原因，應從電壓、電流兩方面作用去考慮。當系統發生單相接地、過電壓侵入、低頻諧波侵入等情況時，一方面引起鐵芯飽和，勵磁電流增加，但未超過保險的熔斷值，且該電流一直長時間存在時，勢必引起發熱的持續增加。另一方面，若誘發了鐵磁諧振，導致過電壓發生，但未超過避雷器的動作電壓，該電壓長時間作用在絕緣上，導致泄漏電流增加、發生內部放電，引起發熱的持續增加。兩方面共同作用，會導致PT最終炸毀。

4 結束語

綜上所述，目前減少電磁式電壓互感器一次保險熔斷最好的方式是消諧器配合消弧線圈使用，消諧器可以有效避免鐵磁諧振導致的電流增大問題，消弧線圈可以有效的避免低頻震蕩電流導致的保險熔斷問題。

[1]王世旭,王坤,連經斌.小電流接地系統4PT消諧問題的探討[J].華中電力,2010,5:43-46,51.