關(guān)于10kV計(jì)量用電壓互感器故障分析及防范措施

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關(guān)于10kV計(jì)量用電壓互感器故障分析及防范措施

江智添,梁永權(quán)

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局，佛山，52800)

0　引言

供電局所采用的電壓互感器為南方地區(qū)某一廠家的生產(chǎn)的產(chǎn)品，自安裝運(yùn)行一年后的本段時(shí)間內(nèi)，相繼發(fā)生11起互感器一次側(cè)保險(xiǎn)熔斷，內(nèi)部絕緣擊穿及燒毀事故，后經(jīng)廣東電網(wǎng)公司的電力科學(xué)研究院（以下可簡(jiǎn)稱“廣東電科院”）進(jìn)行技術(shù)分析，初步診斷為計(jì)量用電壓互感器內(nèi)部絕緣性能薄弱或有絕緣層內(nèi)有質(zhì)量缺陷，是造成這類事故發(fā)生的主要原因。

對(duì)本批次的電壓互感器發(fā)生故障的原因進(jìn)行技術(shù)分析，并需要采取什么樣的措施來(lái)防范類似事故的發(fā)生，是本文探討的重點(diǎn)。

1　本計(jì)量線路中的PT的事故分析

1.1事故現(xiàn)場(chǎng)查看與檢測(cè)數(shù)據(jù)

從事故現(xiàn)場(chǎng)拆卸回來(lái)的故障PT，并收集和總匯了事故現(xiàn)場(chǎng)材料，情況如下：

1.1.111臺(tái)故障PT分布在10個(gè)不同的運(yùn)行地點(diǎn)，故障發(fā)生的時(shí)間沒(méi)有規(guī)律性，其中兩臺(tái)PT在同一個(gè)運(yùn)行地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生故障。

1.1.2故障期間未見雷雨等極端天氣狀況，基本排除了雷擊過(guò)電壓引起產(chǎn)品故障的可能性。

表1　互感器一、二次線圈的直流電阻

1.1.3故障PT中有2臺(tái)損毀明顯，同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試對(duì)其中6臺(tái)故障PT和同批次3臺(tái)非故障PT一、二次線圈的直流電阻，發(fā)現(xiàn)故障PT與非故障PT一次線圈的直流電阻存在明顯差異，二次線圈的直流電阻一致（詳見表1）。相比非故障PT，故障PT一次線圈的直流電阻存在兩種現(xiàn)象：一次繞組直流電阻變小（短路）、一次繞組直流電阻無(wú)窮大（開路）。

1.2將事故PT解體分析

根據(jù)解剖情況進(jìn)行初步分析問(wèn)題出現(xiàn)的可能原因：

1.2.1故障是由一次線圈匝間短路造成的。由于一次線圈匝間短路，直流電阻變小，電流驟然增大，當(dāng)一次保險(xiǎn)因額定電流選擇過(guò)大而不能及時(shí)切斷短路電流時(shí)，將燒毀PT一次線圈，因燒毀成度可能會(huì)導(dǎo)致爆裂、斷路或短路。

1.2.2一次繞組匝數(shù)多（達(dá)20000多匝），若其內(nèi)部有發(fā)熱源時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)的熱量難以散出或散出量小于發(fā)熱量時(shí)，會(huì)造成絕緣介質(zhì)的絕緣性能降低、損壞并燒毀。

1.2.3其一次繞組層間的絕緣可能存在絕緣水平低或存在絕緣缺陷，導(dǎo)致層間絕緣擊穿也會(huì)產(chǎn)生較大范圍內(nèi)的多匝間短路，也會(huì)使產(chǎn)品一次繞組內(nèi)部燒毀。

1.3將對(duì)非故障的退運(yùn)及末安裝的PT進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)

采用隨機(jī)抽取的方式進(jìn)行，分別抽取2臺(tái)非故障退運(yùn)PT和3臺(tái)未安裝PT到電科院進(jìn)行絕緣電阻、外施工頻耐壓、感應(yīng)耐壓和局部放電等測(cè)試。被抽取的5臺(tái)PT均屬同一供貨批次。

1.3.1試驗(yàn)項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)要求（如表2）:

1.3.2測(cè)試相關(guān)結(jié)果

（1）對(duì)2臺(tái)非故障退運(yùn)的PT進(jìn)行上面各項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試：局部放電試驗(yàn)結(jié)果屬于嚴(yán)重不合格，且全部集中在A端，有的可達(dá)幾千PC，其它項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求；

（2）對(duì)3臺(tái)未安裝的PT進(jìn)行上面各項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試：局部放電試驗(yàn)結(jié)果屬于嚴(yán)重不合格，且全部集中在A端，有的可達(dá)幾千PC，其它項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.4現(xiàn)場(chǎng)錄波再分析

1.4.1第一次試驗(yàn)及結(jié)果（2014年05月24～25日）

現(xiàn)場(chǎng)在10kV計(jì)量柜內(nèi)PT采用V—V接線，二次側(cè)電壓端子A、B、C處接入波形記錄儀和電能質(zhì)量分析儀，在計(jì)量柜內(nèi)CT二次回路A、C相接入電流鉗表并接入電能質(zhì)量分析儀。

斷開801開關(guān)、802開關(guān)、600開關(guān)后，進(jìn)行600開關(guān)第一次合閘，波形記錄儀顯示合閘時(shí)刻C相先合閘，2.2ms后AB相合閘，Vab最小值-143.1V，Vcb最小值-143.9V，Vab最大值144.2V，Vcb最大值151.8V，合閘13.3ms后Vab電壓達(dá)到負(fù)峰值時(shí)A相電流突然增大，峰值達(dá)到200A，持續(xù)時(shí)間0.2ms，該電流使得PT一次側(cè)保險(xiǎn)A相、B相燒毀，Vab電壓消失，Vcb電壓穩(wěn)定于有效值41.4V，合閘波形顯示非同期合閘期間Vab有較多毛刺，保險(xiǎn)燒毀時(shí)刻各電壓也存在較多毛刺。

此后，將燒毀的PT一次保險(xiǎn)更換后進(jìn)行600開關(guān)第二次合閘，波形記錄儀顯示合閘時(shí)刻C相先合閘，0.6ms后AB相合閘，Vab最小值-140.5V，Vcb最小值-151.6V，合閘后4ms，Vab電壓達(dá)到負(fù)峰值時(shí)A相電流突然增大，峰值達(dá)到200A，持續(xù)時(shí)間0.15ms，該電流依舊使得PT一次側(cè)保險(xiǎn)A相、B相燒毀，Vab電壓消失，Vcb電壓穩(wěn)定于42.8V，合閘波形與第一次合閘波形相似，但合閘后到保險(xiǎn)燒毀時(shí)間減小，且Vab電壓負(fù)峰值較第一次合閘有所降低。

1.4.2第二次試驗(yàn)及結(jié)果（2014年06月05日）

為更準(zhǔn)確地分析該P(yáng)T故障原因，更換時(shí)間再到該公司配電房對(duì)安裝的新PT（與故障PT同型號(hào)同批次）進(jìn)行分合閘錄波。

與前次相同的接線，在斷開801開關(guān)、802開關(guān)、600開關(guān)后，進(jìn)行600開關(guān)第一次合閘，波形記錄儀顯示合閘時(shí)刻C相先合閘，2.4ms后AB相合閘，Vab最小值-143.6V，Vcb最小值-143.3V，Vab最大值143.7V，Vcb最大值143.8V，Vab電壓穩(wěn)定于有效值102.4V ，Vcb電壓穩(wěn)定于有效值102.1V，合閘波形顯示非同期合閘期間A、C相電流均出現(xiàn)較大毛刺，A相電流最大46.7A，C相電流最大78.7A，持續(xù)時(shí)間均為4us。

表2

將600開關(guān)第一次合閘后，分別合上801開關(guān)、802開關(guān)，波形記錄儀顯示電流通道出現(xiàn)變壓器涌流，電壓無(wú)異常。再分別斷開801開關(guān)、802開關(guān)，波形記錄儀顯示電流、電壓無(wú)異常。600開關(guān)第一次分閘后，波形記錄儀顯示電流正常、電壓無(wú)過(guò)電壓現(xiàn)象。

為準(zhǔn)確驗(yàn)證開關(guān)分合閘對(duì)PT影響，對(duì)600開關(guān)進(jìn)行第二次合閘，合閘前為精確測(cè)量電流，縮小電流通道量程，波形記錄儀顯示合閘后A、C相電流均出現(xiàn)較大毛刺，A相電流最大82A，C相電流最大-56.7A，均發(fā)生在合閘開始時(shí)刻，但合閘之后顯示電流通道仍存在大量毛刺，記錄儀顯示毛刺持續(xù)時(shí)間均為4us（可能受采樣率限制，采樣間隔為2us）。

此后對(duì)600開關(guān)進(jìn)行第三次合閘，波形記錄儀顯示合閘后A、C相電流均出現(xiàn)較大毛刺，A相電流最大62.2A，C相電流最大85.2A，均發(fā)生在合閘開始時(shí)刻，但合閘之后未見明顯毛刺，波形記錄見圖25、圖26。

之后分別合上801開關(guān)、802開關(guān)，波形記錄儀顯示電流通道出現(xiàn)變壓器涌流，電壓無(wú)異常。

1.4.3試難結(jié)果分析

（1）第一次現(xiàn)場(chǎng)錄波：在第一次合閘對(duì)PT加壓過(guò)程中，出現(xiàn)AB相PT一次繞組出現(xiàn)過(guò)大的故障電流，導(dǎo)致保險(xiǎn)燒毀；更換保險(xiǎn)后，第二次合閘對(duì)PT加壓過(guò)程中，再次出現(xiàn)AB相PT一次繞組出現(xiàn)過(guò)大的故障電流，導(dǎo)致保險(xiǎn)燒毀；同時(shí)兩次匝間短路時(shí)刻均為AB相電壓最大值時(shí)刻；且第一次合閘已造成PT內(nèi)部損傷較大，導(dǎo)致第二次合閘時(shí)PT所耐受住的比第一次所能承受的電壓要低。

（2）第二次現(xiàn)場(chǎng)錄波：在各次600開關(guān)合閘對(duì)PT加壓過(guò)程中，合閘初始時(shí)刻PT一次電流均出現(xiàn)多次高頻高幅值電流，該電流持續(xù)時(shí)間非常短，均為4us（可能受采樣率限制，采樣間隔為2us），峰值可達(dá)80A，但PT運(yùn)行正常。

2　事故分析結(jié)論

（1）此批次的電壓互感器在投運(yùn)前已存在整體的絕緣缺陷，產(chǎn)品在投運(yùn)前未做局部放電和感應(yīng)耐壓試驗(yàn)。互感器投運(yùn)后，在局部放電的作用下，互感器的一次繞組絕緣加速老化，絕緣性能極速降低，最終可導(dǎo)致內(nèi)部發(fā)熱燒毀。

（2）從解剖觀察可看出，故障PT的一次繞組的整體漆包線全部燒毀，燒毀面分布較均勻，未見局部嚴(yán)重?zé)龤У默F(xiàn)象，可以分析出故障是由產(chǎn)品一次繞組內(nèi)部發(fā)熱過(guò)大或其匝間短路造成的，產(chǎn)品所存在有絕緣隱患不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)展為故障，但會(huì)影響產(chǎn)品的使用壽命，這與產(chǎn)品技術(shù)設(shè)計(jì)、工藝方案、以及漆包線、層間絕緣材料的質(zhì)量、線圈繞制水平等都有密切關(guān)系。

（3）從兩次現(xiàn)場(chǎng)錄波的結(jié)果可看到，在合閘瞬間，存在三相非同期合閘的現(xiàn)象。在此期間系統(tǒng)瞬時(shí)出現(xiàn)高頻振蕩的電壓升高現(xiàn)象，但電壓升高并不大，并伴隨出現(xiàn)不是很高的短時(shí)沖擊電流。

通過(guò)兩次錄波可以看出，雖然使用的是同一批次的PT，但可斷定第一次錄波時(shí)使用的PT由于經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行，內(nèi)部已經(jīng)形成事故隱患，導(dǎo)致合閘過(guò)程中因受到合閘電壓和電流的沖擊出現(xiàn)燒一次保險(xiǎn)的現(xiàn)象。第二次錄波時(shí)的PT為新更換的，運(yùn)行時(shí)間極短，沒(méi)有什么顯明的故障現(xiàn)象。但對(duì)同一臺(tái)PT，在系統(tǒng)中出現(xiàn)不是太高的電壓升高沖擊后，每次都可能不同程度的造成PT一次絕緣性能因損害而降低，且現(xiàn)象較為明顯。

（4）由于配電網(wǎng)中的PT為相對(duì)相的V—V方式接線，所以不存在因系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)諧振而燒毀PT的問(wèn)題。即使本10kV系統(tǒng)有三相非同期等操作引起的高電壓，但也因過(guò)電壓及過(guò)電流不是太高太大，不大可能會(huì)導(dǎo)致PT絕緣性能出現(xiàn)明顯的降低現(xiàn)象，更不足以解釋該產(chǎn)品如此高的故障率的問(wèn)題。

3　防范措施

（1）在采購(gòu)前，應(yīng)對(duì)互感器生產(chǎn)廠及其產(chǎn)品進(jìn)行考評(píng)，選擇那些技術(shù)勢(shì)力強(qiáng)，產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)，質(zhì)量可靠，有豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和生產(chǎn)能力的廠家做為供應(yīng)商或參與投標(biāo)。

（2）供電局對(duì)10kV系統(tǒng)存在的非同期合閘情況進(jìn)行專題調(diào)查，進(jìn)一步評(píng)估其對(duì)PT運(yùn)行安全的影響。

（3）進(jìn)一步加強(qiáng)計(jì)量用電壓互感器到貨驗(yàn)收檢測(cè)，優(yōu)化檢測(cè)項(xiàng)目和檢測(cè)要求，不只是重視誤差精度方面的檢測(cè)，還要加強(qiáng)絕緣方面，特別是感應(yīng)耐壓和局部放電項(xiàng)目的檢測(cè)，嚴(yán)把供貨質(zhì)量。

（4）通過(guò)修訂相關(guān)的訂貨和驗(yàn)收技術(shù)條件，適當(dāng)提高技術(shù)門檻，促使生產(chǎn)廠家提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)裕度和質(zhì)量水平。

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摘要：對(duì)廣東電網(wǎng)某一10kV配電系統(tǒng)中計(jì)量用電壓互器批量出現(xiàn)故障情況，進(jìn)行多方面的驗(yàn)證與技術(shù)分析, 找出問(wèn)題的根源。以便對(duì)整個(gè)問(wèn)題處理提供依據(jù)，并為以后在采購(gòu)及驗(yàn)收時(shí)，提出更加明確的要求或操作方案，也許可借此機(jī)給電力運(yùn)行同行們做參考借鑒。

關(guān)鍵詞：計(jì)量用電壓互感器;一次繞組;保護(hù)熔斷器;局部放電;感應(yīng)耐壓;匝間短路

About 10 kv measurement using voltage transformer fault analysis and protection measures

Jiang Zhitian,Liang Yongquan

（Guangdong power grid co.,LTD foshan power supply bureau,foshan,52800)

Abstract：In guangdong power grid a 10 kv power distribution system of measuring apparatus with voltage batch failure situation,various validation and technical analysis,find out the root cause of the problem. Provide a basis for the whole problem handling,and for later in the purchase and acceptance,to ask for more clear or action plan,may take this machine make a reference for peers in the electric power operation.

Keywords：measuring voltage transformer；a winding；protection fuse；partial discharge；induced overvoltage；turn-to-turn short circuit