電磁式電壓互感器常見故障及應對措施

段明輝 姚 創 張 賀 馮軍基 劉力卿 魏菊芳

（國網天津市電力公司電力科學研究院）

0 引言

隨著電力系統構造升級與系統規模的不斷擴大，傳統電磁式電壓互感器故障應對措施急需進一步優化與完善，用以更好地處理復雜環境下電磁式電壓互感器故障，切實保障電力系統的運行安全及運行穩定性。文章對電磁式電壓互感器中鐵磁諧振故障、接線錯誤、斷線以及二次回路多點接地等常見故障進行了分析，并提出了常見故障的應對措施。

1 電磁式電壓互感器的常見故障類型

1.1 鐵磁諧振故障

對于電磁式電壓互感器而言，基于其自身結構的特殊性，導致其在運行過程中存在一定概率出現鐵磁諧振故障，鐵磁諧振故障會間接提升諧振過電壓值，嚴重時可能會出現用電設備燒毀、互感器爆炸等相關問題，對電力系統造成了一定的安全隱患［1］。為有效保證電力系統的運行穩定性與安全性，國內外大量技術人員、專業人員對該項故障進行了深入調查與研究，并設計了行之有效的消諧措施，如將阻尼電阻接入開口三角形處、中性點經消弧線圈接地、減少并聯互感器、將單相互感器中接入至三相互感器中心點、選擇勵磁性優異的互感器等。然而上述所有消諧舉措均是以消耗諧振能量或破壞諧振條件角度實現鐵磁諧振的抑制效果，但在實際使用期間的消諧效果無法有效達到預期效果，甚至部分措施還會產生其他情況。同時，隨著社會經濟的不斷發展，電力系統類型、系統結構、系統規模等也在隨之迭代，傳統的消諧措施已經無法切實滿足當今復雜化、多元化的電力系統結構，需要以電力系統具體情況為先導、以現場實際情況為依據，制定針對性、科學性、合理性的鐵磁諧振故障解決措施。

1.2 其他故障

電網在實際運行過程中不僅可能會出現鐵磁諧振故障，同時還可能由于結構設計缺陷、人員操作不規范以及絕緣老化等相關問題而出現電壓互感器的接線錯誤、斷線以及二次回路多點接地的故障情況［2］。基于本質角度來看，上述故障的出現對電力系統的運行安全性、穩定性同樣具有較大的影響，可能會導致與電壓互感器相連的繼電保護設備出現拒絕行動、錯誤行動等問題。除此之外，如多點接地等故障在出現時具有較強的隱蔽性，相關工作人員存在無法第一時間發現的概率，因此此類故障會進一步加劇對電力系統安全性的威脅。以多點接地故障為例，在傳統的解決與排查方案中往往是以人力巡檢方式為主，即要求巡檢人員對所有互感器進行針對性的逐一排查，通過檢查其外觀是否損壞、性能是否穩定等判斷其是否出現故障，此種方式在實際應用期間不僅會大量浪費人力資源與時間資源，同時也無法有效保證故障排查結果的準確性。另外，在斷線故障中，通常情況下會采用較為保守的退出大多數保護裝置的措施，雖然此種方式能夠有效避免裝置因斷線而錯誤行動，但也在一定程度上削弱了電力系統在互感器斷線期間對其他故障問題的應對、識別能力。

2 電磁式電壓互感器常見故障的解決措施

2.1 鐵磁諧振故障的解決措施

在眾多的電磁式電壓互感器的故障中，鐵磁諧振故障類型屬于較為常見且危害性較高的故障之一，若不及時對其進行處理或提前進行有效預防，則可能會對電力系統的運行穩定性產生影響，嚴重時甚至會威脅到電力系統的使用壽命［3］。因此，需要結合實際情況在電網設計、電網運行過程中重點分析如何消除或抑制互感器的鐵磁諧振能量。在此方面，可以從抑制鐵磁諧振的產生、消除鐵磁諧振出現后的能量等角度出發。

首先，基于抑制鐵磁諧振的產生角度出發。可以結合實際情況，通過優化電力系統參數而減少鐵磁諧振產生的條件。其一，可以根據設備情況選擇勵磁性能優異的互感器。站在鐵磁諧振產生機理的角度進行分析，導致鐵磁諧振出現的主要原因是互感器勵磁特性弱，當電網出現波動后會導致鐵心產生鐵磁諧振，因此可以結合實際情況以使用勵磁性能優異的互感器規避鐵磁諧振故障。需要注意的是，此種解決方式在實際使用期間存在降低鐵磁諧振發生概率低的問題，當電網波動較大時仍會導致鐵心出現鐵磁諧振現象，且由于波動過大產生的鐵磁諧振無法避免，其故障后果往往會更加嚴重［4］。除此之外，當若干互感器進行并聯時，還會降低互感器在實際使用期間的勵磁性能。因此，若想切實有效地規避或減少鐵磁諧振故障所帶來的影響，則需要根據實際情況搭配其他鐵磁諧振故障解決措施；其二，降低互感器的并聯數目。在從提升互感器勵磁性能角度分析鐵磁諧振故障時提到當電力系統中互感器的并聯數量上升時，會降低互感器的勵磁性能，從而提升鐵磁諧振故障的出現概率。因此，若想有效保證鐵磁諧振故障得以根治，則應當結合實際情況減少互感器的并聯數目，以此加強其他消諧措施的實際應用效果。通過合計設計互感器的分布可以有效減少其并聯數量，這樣不僅能夠取得有效的鐵磁諧振抑制效果，同時也可以在一定程度上減少電力系統的日常維護支出。需要注意的是，此種解決方式在實際應用期間缺乏直觀性，需要與其他解決措施同時使用；其三，將單相互感器接入中性點。此種故障解決措施有以下兩方面優勢。一方面，能夠基于總體角度切實提升勵磁電抗性能，從而有效提升勵磁性能，進一步降低了鐵磁諧振故障出現的概率。另一方面，若電力系統出現單相接地故障時，因將單項互感器接入中性點措施中的零序電壓主要體現在單項互感器中，因此可以降低其余互感器在運行期間的電壓，從而有效避免鐵心因過度飽和而出現鐵磁諧振故障。

其次，基于消除鐵磁諧振能量角度出發。當鐵磁諧振故障出現后，可以通過相關措施減少諧振產生的能量，從而實現抑制或消除鐵磁諧振故障的效果。其一，相關技術人員可以結合實際情況選用消諧設備或非線性電阻并將其接入至互感器一次側中性點，這樣能夠有效提升電力系統的零序回路阻尼，從而通過消除鐵磁諧振能量的方式達到抑制諧振的效果。在不考慮其他因素的情況下，非線性電阻的阻值越高，諧振的實際抑制效果越好。然而，當所接入的非線性電阻阻值過大時，不僅會影響零序電壓的實際測量結果，同時也會出現發熱情況。此外，當其阻值過大時，若電力系統產生單相接地故障，則還會存在影響保護裝置正常行動的概率。因此，相關技術人員、研究人員應當結合實際情況，如電力系統規模、網絡狀況等相關條件針對性選擇合適的非線性電阻阻值；其二，將阻尼電阻合理接入至互感器開口三角處。從理論角度來看，當電力系統處于正常運行狀態時，三角繞組開口位置的實際電壓應當為三相電壓之和，其最終結果為0［5］。若此時所出現的鐵磁諧振故障是由單相接地故障所引發的，則會導致零序電壓升高至原有的三倍左右，此時若使用接入阻尼電阻的方式則可以有效起到抑制鐵磁諧振的效果。在選擇阻尼電阻參數時，若不考慮其他因素，則所選則的阻值越小，其實際的鐵磁諧振抑制效果便會越強，但若在實際使用運行期間其阻值過小，則可能會存在當電力系統產生故障后三角繞組中產生大量環流的現象，此時不僅會對電阻本身產生不可逆的損害，如燒毀等，同時還可能存在壓熔絲熔斷的情況，嚴重時甚至會影響互感器。此種方式在實際使用過程中存在因阻尼電阻參數選擇不當而出現互感器繞組過載、電阻燒斷等相關問題。為有效避免或減少上述問題的出現，則可以結合實際情況將傳統的固定阻值電阻替換為單相可控電阻元件，同時動態化測量并記錄電力系統中性點的電壓偏移量，并將其作為依據選擇電阻阻值。這樣不僅可以有效起到消除鐵磁諧振能量的效果，同時也可以防止因電阻阻值過低而出現的各類問題。

2.2 二次側多點接地故障的防范措施

為有效確保二次側多點接地故障防范措施的應用有效性與合理性，則首先需要明確該項故障的出現原因，如施工疏忽、線路絕緣裝置老化等。因此，在防范與解決該項故障時，不僅需要相關管理人員加強施工期間的監督管理力度與巡檢頻率，同時還需要根據互感器類型使用多樣化的接地故障排查方法進行動態化排查，從而確保第一時間發現二次側多點接地故障問題并及時解決。現階段較為常用的互感器二次側多點接地故障的排查方法主要分為兩種，分別是電壓法與電阻法。電壓法是指利用專業測量設備分析是否存在接地情況，在實際測量過程中也可以根據實際情況的不同，通過查看端子箱中零相電壓小母線的對地電壓值進行判斷；電阻法是指相關技術人員可以將可變電阻串聯在接地點與繼保室電聯之間，而后采用改變可變電阻值的方式觀察電流強弱，進而實現判斷是否存在接地故障的效果［6］。

3 結束語

綜上所述，我國各個行業對電力資源的需求越來越高，各個電力系統、電網結構也出現了相應的調整與改變。在此背景下，導致傳統的電磁式電壓互感器故障解決與應對措施在實際應用時無法切實解決新結構、新技術、新設計條件下的故障類型。為有效保障電力系統的運行穩定性，則需要加強對鐵磁諧振故障以及其他故障類型的重視，并根據電力系統實際情況選擇科學、有效的故障防范與解決措施。