10kV電壓互感器高壓熔絲頻繁熔斷原因解析及處理預(yù)控措施

蘇大華

摘 要：針對江門電網(wǎng)地區(qū)10kV電壓互感器高壓熔絲頻繁熔斷的現(xiàn)象展開故障分析，結(jié)合變電站電壓互感器運行的實際情況給出了故障原因，即：系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振或超低頻振蕩，產(chǎn)生過電壓和過電流，導(dǎo)致電壓互感器的熔絲熔斷或者損傷。并提出相應(yīng)的預(yù)控措施，以達(dá)到消除故障，提高電網(wǎng)運行質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：電壓互感器；高壓熔絲；鐵磁諧振

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.036

1 電壓互感器運行原理

PT（電壓互感器）是電工測量和自動保護(hù)裝置中使用的特殊雙繞組變壓器，它是一個降壓變壓器。基于電磁感應(yīng)原理，當(dāng)一次側(cè)接入運行電壓時，二次側(cè)的儀表與保護(hù)等負(fù)載會產(chǎn)生電壓感應(yīng)，因為這些負(fù)荷通過二次電流很小，所以其等效是一組比較大的阻抗值，所以在它的運行狀態(tài)下，相當(dāng)于空載的變壓器。使用PT（電壓互感器）可以達(dá)到兩個目的：一是將整改線路中的重要東西（測量儀表）隔開，以此來降低線路的危險性，保證線路及用電器的安全；二是擴(kuò)大測量儀表的測量量程。

2 電壓互感器損壞及高壓熔絲熔斷的危害

電壓互感器損壞及高壓熔絲熔斷的危害主要有以下四方面。

（1）PT受到損壞及高壓熔絲燒毀多是由于諧振過電壓產(chǎn)生的，諧振過電壓在10kV系統(tǒng)中是最極其普遍的一種過電壓，過電壓諧振幅值雖然不高，但它是長期存在的，而且其產(chǎn)生的低頻諧波會影響變電站變壓器線圈，在其他設(shè)備則可能危及設(shè)備的絕緣，會使在系統(tǒng)薄弱的絕緣位置發(fā)生擊穿，造成系統(tǒng)嚴(yán)重的傷害；

（2）在PT受到損壞及高壓熔絲燒毀之后，若不立即將其檢修，則會造成10kV母線不能分段運行，影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性；

（3）在PT損壞或高壓熔絲熔斷現(xiàn)象的情況下，運行人員將可能會在巡視或者檢查設(shè)備時受到傷害，產(chǎn)生一定風(fēng)險；

（4）PT損壞或高壓熔絲熔斷，會在計量方面難以做到準(zhǔn)確計算，因此將會直接對電量造成損失，而且母線也會失去對電壓的保護(hù)監(jiān)測，對供電設(shè)備的安全運行造成不良影響。

近年來，江門電網(wǎng)頻繁發(fā)生10kV電壓互感器高壓熔絲熔斷的情況，熔絲的不斷熔斷不僅增加了運行人員、檢修人員的工作量，也加大了系統(tǒng)的運行風(fēng)險，直接影響到電網(wǎng)的供電可靠性。因此分析10kV電壓互感器高壓熔絲熔斷的原因及如何預(yù)控就顯得非常必要。

3 故障情況

2012年至2013年8月，江門電網(wǎng)高壓熔絲熔斷共發(fā)生了31起，對這31起故障的運行工況進(jìn)行統(tǒng)計分析得知，熔絲熔斷的故障接近90%是在系統(tǒng)單相接地或雷擊的情況下發(fā)生，可以認(rèn)為是由于系統(tǒng)在一定條件下發(fā)生鐵磁諧振，產(chǎn)生過電壓和過電流，導(dǎo)致PT高壓熔絲熔斷。

4 故障分析

鐵磁諧振是電力系統(tǒng)中鐵磁元件各自的能量產(chǎn)生振蕩的一種形式，是由于鐵芯的飽和引起的持續(xù)性、低幅值諧振的過電壓現(xiàn)象。10kV PT（電壓互感器）是一種具有鐵心的電感元件，其電感值會隨著磁通量的變化而改變，在滿足一定條件下尤其系統(tǒng)擾動時如單相接地、雷擊等，會產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓，可能激發(fā)PT飽和而產(chǎn)生極大的過電流，引起PT高壓熔絲熔斷[1]。

從PT的消諧措施看，2012-2013年發(fā)生的31起故障分布在19個變電站，重復(fù)發(fā)生（超過2次）高壓熔絲熔斷的有7個站，其中有6個站未采取一次消諧措施，占比78.95%。采取二次消諧措施的大致上各占一半。而反復(fù)發(fā)生（超過3次）高壓熔絲熔斷的110kV大澤站、110kV高頭站、110kV深井站均未采取一次消諧措施，大澤站、高頭站有二次消諧裝置。可見，在PT高壓側(cè)中性點串聯(lián)電阻或單相PT作為一次消諧措施，可有效防止PT燒高壓保險，單純采用二次消諧裝置，防止PT燒高壓保險的作用有限。

從系統(tǒng)的接地方式看，19個變電站中，中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)占了一半以上，高壓熔絲熔斷累計次數(shù)也較少，其中反復(fù)發(fā)生高壓熔絲熔斷的、110kV深井站、110kV大澤站、110kV高頭站均為中性點不接地方式，由此可推斷，系統(tǒng)的中性點經(jīng)消弧線圈接地能較為有效地抑制PT高壓熔絲熔斷的頻繁發(fā)生。

綜合上述分析，可以得出結(jié)論：（1）PT高壓熔絲熔斷的主要原因是系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振或者超低頻振蕩，產(chǎn)生過電壓和過電流。與2012年相比，2013年發(fā)生率呈下降趨勢，近幾年的統(tǒng)計顯示，在江門電網(wǎng)范圍，問題不算普遍和嚴(yán)重；（2）二次消諧措施無法有效避免PT高壓熔絲在單相接地消失后頻繁熔斷；（3）系統(tǒng)中性點不經(jīng)消弧裝置接地，反復(fù)發(fā)生高壓熔絲熔斷機(jī)會較高。

5 預(yù)控措施的實施

5.1 選用勵磁特性好、不易飽和的PT

PT（電壓互感器）的勵磁特性是用勵磁電壓與電流及損耗的一組關(guān)系曲線來表示的，反映的是鐵芯磁密和硅鋼片質(zhì)量的情況，硅鋼片質(zhì)量較好的鐵芯能有助于減少鐵磁諧振的發(fā)生概率。由于國家標(biāo)準(zhǔn)GB 1207-2006不要求對40.5kV及以下電壓等級的電壓互感器測量勵磁特性，因此10kV電壓互感器出廠的勵磁特性沒有得到有效控制。

系統(tǒng)對PT勵磁特性的要求有兩個方面：一是勵磁電流大小及其隨電壓變化的變化率；二是勵磁特性的一致性，即并列運行的兩只或者三只互感器相互間的勵磁特性要一樣[2]。電壓互感器勵磁電流隨電壓的變化率，在目前尚沒有明確的規(guī)定的情況下，一般認(rèn)為，在相應(yīng)電壓下的勵磁電流不超過額定電壓下的5～8倍，三相間的電壓互感器在額定電壓下的勵磁電流最大值與最小值之比不超過1.3倍，同時應(yīng)盡量采用同一廠家、同一批次、勵磁特性相同的PT。

5.2 PT開口三角繞組兩端接入電阻或微機(jī)消諧器

在PT開口三角繞組兩端接入電阻，會導(dǎo)致一次側(cè)電流增大，即是選擇的PT容量因此增大。從抑制諧波方面考慮，電阻值越小則效果越明顯，但如果PT的過載現(xiàn)象嚴(yán)重，在諧振或單相接地時間過長時，會容易導(dǎo)致熔斷器熔絲熔斷或PT燒毀。一般來說接入10kV PT開口三角繞組的電阻取16.5～33Ω。

微機(jī)消諧器是當(dāng)諧振發(fā)生的瞬時，用電子電路先鑒別高頻、基頻、分頻諧振，然后將三角繞組短接，然后接通強(qiáng)阻尼回路，以達(dá)到用阻尼消除諧振的目的，所以具有很好的消諧效果，但是微機(jī)消諧器對抑制超低頻振蕩卻不起任何作用，因此它只適用于對地電容較小的系統(tǒng)。

5.3 PT高壓側(cè)中性點串聯(lián)電阻消諧

在三相電壓互感器的高壓中性點與地之間串接非線性電阻或者10 kΩ級的線性電阻，稱為一次消諧。

一次消諧在抑制超低頻諧振和鐵磁諧振方面都具有較好的效果，而且體積小，安裝方便。但是一次消諧會使高壓中性點發(fā)生位移，造成三相電壓不平衡，而且電壓互感器二次側(cè)相電壓波形中會出現(xiàn)明顯的3次諧波，導(dǎo)致相電壓測量結(jié)果嚴(yán)重失真，同時電壓互感器開口角也會濾出3次諧波干擾信息，影響接地信號繼電器的整定。另外，由于各電網(wǎng)電容電流大小及接地故障性質(zhì)等問題，消諧電阻會因過熱而損壞，這就要求電阻有很高的熱容量。因此一次消諧器的應(yīng)用也受到限制

5.4 PT 接線方式抑制諧振

在三相PT的一次側(cè)中性點與地之間接一單相零序PT，俗稱“4PT”法。近年來，這種方法在變電站得到廣泛推廣，應(yīng)用效果好，采用這種方式的優(yōu)點是在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，產(chǎn)生的零序電壓主要加在零序電壓互感器上，原來的三相PT只反應(yīng)正序電壓，因此無論是原星形接線的PT，還是新加裝的零序PT，其鐵芯都很難進(jìn)入飽和區(qū)，所以難以產(chǎn)生諧振過電壓。但這種方法為了避免虛報接地故障信號、減少零序電流在三角回路發(fā)生環(huán)流等，相應(yīng)的PT二次接線有多種，并不統(tǒng)一。

5.5 系統(tǒng)中性點經(jīng)消弧線圈接地

隨著配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，10kV出線總長度增加，加上電力電纜的大量使用，系統(tǒng)對地電容電流也隨之增大。采用中性點經(jīng)消弧線圈接地運行方式，在發(fā)生單相接地時，消弧線圈的電感電流可以補償因單相接地而形成的電容電流，從而使接地電流減小，這樣不但降低了電網(wǎng)絕緣閃絡(luò)接地故障電流的建弧率，也可以有效地減小鐵磁諧振過電壓的發(fā)生概率[3]。

6 結(jié)語

經(jīng)驗表明，系統(tǒng)中性點經(jīng)消弧線圈接地這種方法抑制過電流和過電壓的效果最好。目前江門電網(wǎng)143個有10kV出線的變電站中，已在69個站的124段10kV母線上安裝了消弧線圈接地裝置，建議對各站的電容電流重新測量，根據(jù)電容電流數(shù)值核實是否需加裝消弧線圈及已安裝的消弧線圈接地裝置是否滿需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]王蕾.淺談電壓互感器常見故障及處理[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2013（16）.

[2]馬利東，杜忠.電壓互感器高壓熔絲頻繁熔斷故障原因探析[J]. 農(nóng)村電氣化，2014（09）.

[3]鄭鵬鵬.配電網(wǎng)消諧措施的合理選擇[J].電氣時代，2000（09）.