電壓互感器二次接線錯誤引起的故障分析

（廣西水利廳 鳳亭河水庫管理處，廣西 南寧 530232）

【摘 要】電壓互感器是電力系統(tǒng)中重要的電器裝置，在測量線路電壓、功率和電能及保護電氣設備方面發(fā)揮著重要作用。文章以某水電站10 kV聯(lián)絡線的電壓互感器由于二次接線錯誤引起燒毀的故障實例進行分析。首先介紹事故發(fā)生的經(jīng)過；其次闡述了電壓互感器輔助繞組兩點接地，造成電壓互感器燒毀，對電壓互感器開口三角兩點接地表現(xiàn)的故障現(xiàn)象進行分析；最后提出了避免電壓互感器安裝錯誤的防范措施，提示相關(guān)人員今后在新安裝設備時必須按規(guī)程認真檢測，保證設備和人身安全，減少損失。

【關(guān)鍵詞】電壓互感器；二次回路短路；事故分析；防范措施

【中圖分類號】TM451 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）04-0082-03

1 事故經(jīng)過

某水電站的10 kV聯(lián)絡線的電壓互感器于2015年6月2日被雷擊而損壞，于是更換型號為JDZXF-12 W的3個單相電壓互感器，安裝前按照規(guī)程規(guī)定測極性、連接組別、搖絕緣、核相序等，按YN/yn/d0接成二次線圈，其二次繞組用于測量相間電壓和相對地電壓，二次側(cè)裝設了熔斷器，輔助繞組接成開口三角形，供接入交流電網(wǎng)繼電器及絕緣監(jiān)視儀表使用。接線完成后，技術(shù)人員對電壓互感器端子到繼電保護屏聯(lián)線的回路進行電阻測量，測量結(jié)果無異常，于20時52分投入運行，電壓表顯示相電壓為6.3 kV，線電壓為10 kV，三相電壓平衡，但并未對開口三角的電壓進行檢測，21時05分，技術(shù)人員撤離現(xiàn)場，21時52分，值班人員匯報UC相電壓為0 kV，UA、UB相電壓均為4 kV，隨后UA、UB相電壓為0 kV，值班人員立即分開線路，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場B、C相電壓互感器已燒毀。

2 事故分析

10 kV是小電流接地系統(tǒng)，當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，假如有C相接地，C相一次繞組電壓為零，A、B兩相一次繞組的電壓上升為線電壓，則二次繞組相電壓也升高根3倍，而開口三角形兩端電壓為3倍U0電壓（100 V），電壓繼電器會就會動作，繼電器的動作會使得主控室發(fā)出接地報警信號，值班人員會看到3個電壓表中，C相電壓表指示為零，A、B兩相指示為線電壓，則馬上做出初步分析和判斷，線路有接地現(xiàn)象，因此將線路斷開，當斷開故障線路時，接地故障信號瞬間消失。在小電流接地系統(tǒng)中，單相接地是一種常見的故障，發(fā)生單相接地后，故障相對地電壓降低，非故障兩相的相電壓升高，但線電壓卻依然對稱，因此不影響對用戶的連續(xù)供電，系統(tǒng)可運行2 h，這也是小電流接地系統(tǒng)的最大優(yōu)點，并不會導致電壓互感器燒毀。但是，本案例中C相電壓為零，A、B相電壓為4 kV，且接地信號未報警，這些現(xiàn)象和單相接地故障現(xiàn)象不一樣，由此判斷線路可能未發(fā)生單相接地故障。在一般情況下，電壓互感器接線是不會有問題的。在電壓互感器接線正確的前提下，也不會出現(xiàn)這樣的故障現(xiàn)象。那么，如果電壓互感器接線錯誤，開口三角兩端的端子接反或開口三角繞組中有一相或兩相繞組的極性接反，就會造成電壓表指示錯誤，則發(fā)生故障時繼電器不動作。

3 電壓互感器接線正確的情況

在一般情況下，3臺單相電壓互感器一次繞組和主二次繞組接成星形，輔助二次繞組接成有零序電壓輸出的開口三角形，而需要輸入零序電壓的接地保護及信號等裝置，則接入開口三角形輸出兩端。當電網(wǎng)絕緣正常運行時，一、二次電壓回路的三相電壓均是對稱的，并互差120°，開口三角形兩端輸出為三相電壓的矢量和，即為零。由此得知，一次系統(tǒng)當C相接地，二次側(cè)開口三角形的C相繞組電壓降到零，A、B兩相繞組電壓升高到線電壓，開口三角形兩端電壓出現(xiàn)100 V電壓，啟動電壓繼電器，發(fā)出接地報警信號。

中性點不接地系統(tǒng)，當系統(tǒng)遭到一定程度的沖擊擾動，就激發(fā)起鐵磁共振現(xiàn)象，由于諧振過電壓、間歇性弧光接地過電壓的存在，會導致接地電壓互感器燒毀或使電壓互感器的高壓保險熔斷，故障現(xiàn)象是電壓互感器相對地電壓增高，各相電壓嚴重不平衡，一或兩相電壓升高超過線電壓，開口三角出現(xiàn)高電壓導致報警系統(tǒng)報警。本案例中出現(xiàn)的電壓變化和鐵磁諧振的電壓變化不一樣，可排除是鐵磁諧振故障。

測量A、B、C相電壓互感器高壓保險，A、B相電壓互感器高壓保險完好，C相電壓互感器高壓保險熔斷，經(jīng)檢查A相電壓互感器完好。觀察3臺電壓互感器二次側(cè)接線發(fā)現(xiàn)，B、C相電壓互感器輔助繞組的接線重復接地。電壓互感器的二次回路必須有一點接地是為了人身和設備的安全。絕緣損壞使高壓竄入低壓時，對在二次回路上的工作人員將構(gòu)成危險，而且二次回路絕緣水平低，若沒有接地也會被擊穿，使絕緣損壞更嚴重，但接地點是唯一的。

電磁感應式電壓互感器的主要結(jié)構(gòu)和工作原理與變壓器相似，基本結(jié)構(gòu)也是鐵心和原、副邊繞組，只是容量較小，通常僅有幾十或幾百伏安。它的功能是把高電壓按一定的比例變或換為低電壓，使得其二次側(cè)能夠準確地反映一次側(cè)高電壓的實際情況，較好地解決了高電壓測量困難的問題。同時，由于它可靠地隔離了高電壓，從而保證了工作人員的人身安全和設備安全。此外，電壓互感器是將不同等級的一次高電壓一律變換為100 V的二次電壓。

根據(jù)公式U1/U2=N1/N2=Ku，式中U1為原邊電壓；U2為副邊電壓；N1為原邊線圈匝數(shù)；N2為副邊線圈匝數(shù)；Ku為電壓互感器的額定變比。

可知，電壓互感器原邊線圈匝數(shù)N1很多，并接于被測高壓電網(wǎng)上，而副邊線圈匝數(shù)較少，根據(jù)能量守恒原理可知，P=UI的總值是固定的，原邊的電壓很大，電流很小，而副邊的電壓很小，那么電流肯定很大。電壓互感器正常運行時，由于二次負載是測量儀表和繼電器電壓線圈，它們的阻抗很大，因此二次電流很小，電壓互感器接近于空載狀態(tài)，互感器本身通過的電流很小，它的大小決定于二次負載阻抗的大小，當互感器二次發(fā)生短路時，會產(chǎn)生很大的短路電流。此次事故中，B、C相的電壓互感器輔助繞組同時接地，即B、C相輔助繞組短路，產(chǎn)生巨大的電流，大電流就意味著發(fā)熱量巨大，最終導致B、C相的電壓互感器燒毀。值班人員看到UC電壓表指示為零，UA、UB電壓表不指示線電壓，電壓繼電器不動作，保護沒有發(fā)出接地報警信號，是由于二次回路出現(xiàn)故障，造成二次過電流，引起了C相電壓互感器高壓保險熔斷，而不是線路單相接地的故障。UA、UB相電壓降為4 kV，最后降為零，是B、C相的電壓互感器燒毀過程的表現(xiàn)，由于接地點在C相電壓互感器輔助繞組，所以即使A相電壓互感器沒損壞，但A相電壓也顯示為零。

開口三角形端電壓等于三相對地電壓的向量和，即Uax=Ua+Ub+Uc=3U0。當三相對地電壓平衡時，向量和等于零。由于三相繞組的繞制不可能完全一致，實際測量時，在三相對稱條件下，開口三角形兩端大約存在10 V的電壓，但不能僅依靠測量3U0的值來判斷接線是否正確，更不能只是通過檢查二次側(cè)繞組的阻值來判斷電壓互感器二次接線的正確性。本次事故就是簡單地測量電壓互感器的二次繞組阻值，用來判斷二次繞組接線的正確性，結(jié)果導致了電壓互感器燒毀的事故。

4 防范措施

（1）更換電壓互感器時，電壓等級與電網(wǎng)運行電壓相符，選用與原電壓相同、極性正確、勵磁特性相近的電壓互感器，并經(jīng)試驗合格。

（2）電壓互感器的接線應保證正確性，一次繞組和被測電路并聯(lián)，二次繞組應和所接的設備電壓線圈并聯(lián)，同時要注意極性的正確性、接地必須良好、空閑繞組必須良好絕緣，必須檢查核對每一根線，確保接線正確。電壓互感器的外殼和二次回路的一點也應良好接地，若因二次線圈未做安全接地，萬一絕緣損壞，高壓竄入低壓，則與二次回路接觸的工作人員將有生命危險。

（3）接在電壓互感器二次側(cè)負荷的容量應合適，接在電壓互感器二次側(cè)的負荷不應超過其額定容量，否則，會使互感器的誤差增大，難以達到測量的正確性。

（4）電壓互感器二次側(cè)不允許短路。由于電壓互感器內(nèi)阻抗很小，若二次回路短路時，會出現(xiàn)很大的電流，將燒毀電壓互感器甚至危及人身安全。電壓互感器可以在二次側(cè)裝設熔斷器以保護其自身不因二次側(cè)短路而損壞，開口三角形的出線上一般不裝設熔斷器，這是為了避免接觸不良而不發(fā)出接地信號。因為平常開口三角形的端頭無電壓，所以無法監(jiān)視熔斷器的接觸情況。此外，一次側(cè)裝設熔斷器以保護高壓電網(wǎng)不因互感器高壓繞組或引線故障而危及一次系統(tǒng)的安全。

（5）電壓互感器投入使用前，要測量相及相間電壓是否正常、相序是否是正相序且確定相位的正確性。

（6）在電磁式電壓互感器一次繞阻中性點（N）與地之間安裝消諧器，起阻尼與限流的作用，可使電壓互感器避免諧振過電壓，給設備運行增加一層防護。對于電網(wǎng)中性點不接地母線上Y0接線的電壓互感器一次繞組，成為該電網(wǎng)對地唯一金屬性通道。電網(wǎng)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。這種慢變過程使電壓互感器鐵芯深度飽和，當電網(wǎng)接地消失時，電壓互感器一次繞組中會出現(xiàn)數(shù)安培幅值的涌流，將電壓互感器高壓保險熔斷。即使這種涌流尚未達到熔斷器的熔斷值，但仍超過電壓互感器額定電流，長時間處于過電流狀態(tài)下運行的電壓互感器也會被燒毀，繼而引發(fā)其他事故。而安裝了消諧器后，這種涌流將得到有效抑制，高壓保險不再熔斷。

5 結(jié)語

本文有針對性地對該起電壓互感器燒毀事故進行分析，查找出故障原因，并提出防范措施。電壓互感器二次接線雖然不復雜，但接完線后必須認真核查每一根線，不能過分自信。同時，值班人員發(fā)現(xiàn)設備有異常時，要迅速做出正確的判斷，采取有效的措施，保證人身和設備的安全。此外，提醒人們安裝新電氣設備時，必須按規(guī)程認真檢查，排除安全隱患，確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

參 考 文 獻

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[責任編輯：陳澤琦]

【作者簡介】余冬梅，女，廣西合浦人，廣西水利廳鳳亭河水庫管理處工程師，從事電站電氣設備的管理、檢修、大修及技術(shù)改造等工作。