抗鐵磁諧振電壓互感器燒毀事件分析

王聯合，廖潔娜，宋 軍，劉 章

(1.國網福建省電力有限公司泉州供電公司，福建 泉州 362000；2.國網西藏電力有限公司林芝供電公司，西藏 林芝 860000)

0 引言

在小電流接地系統中，為具體區分線路接地相別，變電站內需要測量各相對地電壓，故35 kV 及以下電壓等級的電壓互感器大多采用Yn 接線的電磁式電壓互感器，其中性點是直接接地的，接線方式簡單不易出錯。正常運行時，電壓互感器勵磁感抗Xm遠大于系統每相對地電容的容抗XC0。根據H.A.Perterson 諧振區域曲線，XC0/Xm≤0.006或XC0/Xm≥2.8 時，不會發生鐵磁諧振；在其余區間時，隨著XC0/Xm增大，會依次發生1/2 分頻諧振、基波諧振、3 次諧波諧振等。因系統發生單相接地、母線合閘送電等擾動引起Xm降低，使XC0/Xm進入諧振區域的現象，稱為鐵磁諧振。

單相金屬性接地時，電壓互感器故障相對地電壓為0，其他兩相相電壓升高至倍，容易引起互感器鐵芯飽和Xm降低，從而引發鐵磁諧振。尤其是10 kV 線路環網柜內空間緊湊，制造廠縮小互感器的鐵芯截面易滿足諧振條件。國網《十八項電網重大反事故措施》要求中性點非直接接地系統的PT 伏安特性的起始飽和電壓應不小于1.9Um(Um為最高工作電壓)。鐵磁諧振導致電壓互感器燒毀事件時有發生，以下以一起單向金屬性接地引起JSZW 型抗鐵磁諧振電壓互感器燒毀事件為例進行分析，并提出了相關應對措施。

1 事件描述

2020-06-05T08:40:56， 監 控 系 統 報 警，35 kV 某變10 kV Ⅰ段母線B 相完全接地。

08:51:55，144 斷路器跳閘，重合成功。保護信息顯示為過流I 段動作，最大相電流54.73 A，故障相別AN，重合閘成功。運維人員巡視發現B相接地故障系某線用戶電纜發生外破所致。此外，該線1 號環網柜電壓互感器燒毀，A，B 相熔斷器熔斷，絕緣材料熔化流出。

2 JSZW 型電壓互感器工作原理

燒毀互感器為JSZW12-10NFR 抗諧振型互感器，安裝時耐壓試驗結果合格，且三相的勵磁特性基本一致。JSZW 型電壓互感器4PT 接線原理如圖1 所示。

圖1 JSZW 型電壓互感器4PT 接線原理

從圖1 中鐵芯和繞組結構上看，與Yn 接線的電壓互感器不同之處在于，在Yn 接線三相PT 的中性點增設了第4 只單相PT，即零相PT，又稱“消諧PT”。以JSZW 型電壓互感器A 相PT 為例，其一次側有線圈A-O，二次側2 個線圈1a-o和2a-o 共用一個鐵芯；而零相PT 有獨立的鐵芯，一次側只有線圈O-N，二次側2 個線圈o-n 和da-dn 共用一個鐵芯。一次側O 不允許接地，否則零相PT 起不了消除諧振作用。

從一次電壓方面來看，系統正常運行時，零相PT 的O 和N 兩端電壓接近為0，系統三相電壓分別施加在A-O，B-O，C-O 三個一次線圈上。

在系統發生A 相單相接地情況下，一次側A，B，C 三相繞組對中性點O 的電壓仍為對稱的三相電壓Um，而互感器一次側中性點O 端對地電壓從0升高至-UA。4個PT一次線圈都不會發生過電壓。各相線圈電壓變化情況如圖2 所示。

圖2 A 相單相接地時PT 各相線圈電壓

根據圖2 可知，二次側相對地電壓方面，三相PT 輸出的二次相電壓(接電壓表)均疊加了零序PT 的o-n 二次電壓，因此接地A 相的電壓表顯示為0，其余兩相電壓表為二次線電壓，故該電壓互感器依然能反映出接地故障相。而用于反映系統接地的不再是開口三角繞組電壓，而是由零相PT的第二個二次線圈da-dn 接入保測裝置，觸發“系統接地”告警信號，da-dn 線圈也不允許短接。

抗諧振電壓互感器的特點是將正序磁路和零序磁路完全分開，零序伏安特性遠遠高于正序特性，這是防止分頻諧振、熔絲頻繁熔斷和電壓互感器燒毀的關鍵。

JSZW 型電壓互感器的磁路結構為三相三柱式磁路(三相PT)和單相磁路(零相PT)，其中三相三柱磁路部分，由于零序磁通沒有閉合回路，所以零序阻抗接近于0，因此三相電壓UAO，UBO，UCO向量中沒有零序分量，零序電壓全部施加在單相磁路的O-N 線圈上，且單相磁路勵磁特性按10 kV標準設計，不易因過電壓而飽和發熱。簡言之，利用零相PT 分壓原理，電壓互感器不易發生因過電壓導致鐵芯飽和造成鐵磁諧振的現象。

3 原因分析

檢修人員對互感器本體進行了解體檢查，嘗試從互感器內部線圈燒毀的特征找出故障原因，發現零相PT 一、二次線圈較A，B，C 三相線圈損傷更為嚴重，繼而懷疑零相PT 二次側可能存在短路。打開二次接線盒后，發現二次的o 和n 分別用黃綠接地線與接地銅排連接在一起，意味著o 和n 通過銅排短接，零序阻抗被短接。因此，當系統單相接地時，流過零相PT 的電流極大，造成零相PT 的一、二次線圈全部燒毀，并危及高、低壓三相之間的絕緣，故障進一步發展影響到其他三相PT。

10 kV 某線B 相的單相接地故障共持續了6 min，則意味著1 號環網柜電壓互感器的零相PT短路了6 min，造成整臺電壓互感器燒毀，內部絕緣材料燒熔，互感器內部A，B 相短路，過流Ⅰ段保護動作跳閘。互感器熔斷器熔斷后，故障點被隔離，線路才重合成功。

4 應對措施

運維人員在電壓互感器完成更換后驗收時發現，環網柜廠家人員所更換的電壓互感器的一次接線為一次側N 接地，O 不接地，接線正確；但二次側仍按照燒毀的互感器的接線方式接線，即二次側o 端、n 端同時接地，可見其未掌握抗諧振型電壓互感器的工作原理，誤以為o 是三相二次繞組的一點接地點，才會誤接線；而環網柜和電壓互感器分屬不同廠家，環網柜廠家人員不熟悉非本廠設備也是導致誤接線的因素之一。發現問題后，運維人員立即糾正，將互感器的二次接線盒中的o 端解除，并包扎好。

配電網正常運行時，零相PT 一次側幾乎無電壓，o-n 二次線圈即使短路也不會發熱，這種錯誤接線在運行中很難被發現，只有在系統接地時才會暴露出來，具有很強的隱蔽性。

為此，針對一些需要現場組裝的電壓互感器，文獻[1]提出了一種檢驗方法，即通過取下電壓互感器某一相熔斷器，檢查二次線圈da-dn (變比：5.774 kV/100 V)的電壓是否為50 V 來驗證一、二次接線正確性。文獻[2]則提出，只保留一相熔斷器使PT 投入運行。

這些方法都是通過使零相PT 帶上電壓后，觀察二次側三相對地電壓的變化來驗證接線和極性的正確性，存在較大風險。如果二次側o-n 線圈誤接線被短接，即使一次側O-N 線圈電壓不高，試驗時間不長，仍有可能損壞電壓互感器。

環網柜內三相電壓互感器一般是緊湊的，一體成型的，零相PT 一二次線圈的極性端以及內部接線一般不會出錯，容易出錯的是外部配線。因此提出以下完善建議。

(1) 檢查各相PT 二次接線是否正確，確保無短路存在。

(2) 只取下或保留一相PT 高壓熔絲使零相PT獲得電壓，從而檢查各相二次電壓值是否正確。

(3) 由制造廠家參照一次側O 端蓋上塑料帽的方式，給二次接線盒內的o 端也加蓋塑料帽，并自帶“不應接地”標識，以避免誤接線。

5 結束語

不同類型的抗諧振型電壓互感器，其二次接線方式也不同，只有真正弄懂工作原理，搞清楚接線方式才能確保接線的正確性。對于電壓互感器燒毀現象，不能一概而論是由鐵磁諧振引起的，必須通過解體互感器，檢查其內部線圈故障特征，才能確認真正的故障原因并實施最佳的應對措施，避免同類設備故障再次發生，也為今后的設備驗收和運維新增了又一檢查點位。