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(duì)江門(mén)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(kāi)故障分析，結(jié)合變電站電壓互感器運(yùn)行的實(shí)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(guò)電壓和過(guò)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(yùn)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(yùn)行原理

PT（電壓互感器）是電工測(cè)量和自動(dòng)保護(hù)裝置中使用的特殊雙繞組變壓器，它是一個(gè)降壓變壓器。基于電磁感應(yīng)原理，當(dāng)一次側(cè)接入運(yùn)行電壓時(shí)，二次側(cè)的儀表與保護(hù)等負(fù)載會(huì)產(chǎn)生電壓感應(yīng)，因?yàn)檫@些負(fù)荷通過(guò)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(yùn)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(gè)目的：一是將整改線路中的重要東西（測(cè)量?jī)x表）隔開(kāi)，以此來(lái)降低線路的危險(xiǎn)性，保證線路及用電器的安全；二是擴(kuò)大測(cè)量?jī)x表的測(cè)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(guò)電壓產(chǎn)生的，諧振過(guò)電壓在10kV系統(tǒng)中是最極其普遍的一種過(guò)電壓，過(guò)電壓諧振幅值雖然不高，但它是長(zhǎng)期存在的，而且其產(chǎn)生的低頻諧波會(huì)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(huì)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(huì)造成10kV母線不能分段運(yùn)行，影響系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)行人員將可能會(huì)在巡視或者檢查設(shè)備時(shí)受到傷害，產(chǎn)生一定風(fēng)險(xiǎn)；

（4）PT損壞或高壓熔絲熔斷，會(huì)在計(jì)量方面難以做到準(zhǔn)確計(jì)算，因此將會(huì)直接對(duì)電量造成損失，而且母線也會(huì)失去對(duì)電壓的保護(hù)監(jiān)測(cè)，對(duì)供電設(shè)備的安全運(yùn)行造成不良影響。

近年來(lái)，江門(mén)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(yùn)行人員、檢修人員的工作量，也加大了系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，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(mén)電網(wǎng)高壓熔絲熔斷共發(fā)生了31起，對(duì)這31起故障的運(yùn)行工況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(guò)電壓和過(guò)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(guò)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(huì)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(dòng)時(shí)如單相接地、雷擊等，會(huì)產(chǎn)生鐵磁諧振過(guò)電壓，可能激發(fā)PT飽和而產(chǎn)生極大的過(guò)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(gè)變電站，重復(fù)發(fā)生（超過(guò)2次）高壓熔絲熔斷的有7個(gè)站，其中有6個(gè)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(guò)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?？梢?jiàn)，在PT高壓側(cè)中性點(diǎn)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(xiǎn)，單純采用二次消諧裝置，防止PT燒高壓保險(xiǎn)的作用有限。

從系統(tǒng)的接地方式看，19個(gè)變電站中，中性點(diǎn)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(jì)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(diǎn)不接地方式，由此可推斷，系統(tǒng)的中性點(diǎn)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(guò)電壓和過(guò)電流。與2012年相比，2013年發(fā)生率呈下降趨勢(shì)，近幾年的統(tǒng)計(jì)顯示，在江門(mén)電網(wǎng)范圍，問(wèn)題不算普遍和嚴(yán)重；（2）二次消諧措施無(wú)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(diǎn)不經(jīng)消弧裝置接地，反復(fù)發(fā)生高壓熔絲熔斷機(jī)會(huì)較高。

5 預(yù)控措施的實(shí)施

5.1 選用勵(lì)磁特性好、不易飽和的PT

PT（電壓互感器）的勵(lì)磁特性是用勵(lì)磁電壓與電流及損耗的一組關(guān)系曲線來(lái)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 1207-2006不要求對(duì)40.5kV及以下電壓等級(jí)的電壓互感器測(cè)量勵(lì)磁特性，因此10kV電壓互感器出廠的勵(lì)磁特性沒(méi)有得到有效控制。

系統(tǒng)對(duì)PT勵(lì)磁特性的要求有兩個(gè)方面：一是勵(lì)磁電流大小及其隨電壓變化的變化率；二是勵(lì)磁特性的一致性，即并列運(yùn)行的兩只或者三只互感器相互間的勵(lì)磁特性要一樣[2]。電壓互感器勵(lì)磁電流隨電壓的變化率，在目前尚沒(méi)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(lì)磁電流不超過(guò)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(lì)磁電流最大值與最小值之比不超過(guò)1.3倍，同時(shí)應(yīng)盡量采用同一廠家、同一批次、勵(lì)磁特性相同的PT。

5.2 PT開(kāi)口三角繞組兩端接入電阻或微機(jī)消諧器

在PT開(kāi)口三角繞組兩端接入電阻，會(huì)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(guò)載現(xiàn)象嚴(yán)重，在諧振或單相接地時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，會(huì)容易導(dǎo)致熔斷器熔絲熔斷或PT燒毀。一般來(lái)說(shuō)接入10kV PT開(kāi)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(shí)，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(duì)抑制超低頻振蕩卻不起任何作用，因此它只適用于對(duì)地電容較小的系統(tǒng)。

5.3 PT高壓側(cè)中性點(diǎn)串聯(lián)電阻消諧

在三相電壓互感器的高壓中性點(diǎn)與地之間串接非線性電阻或者10 kΩ級(jí)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(huì)使高壓中性點(diǎn)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(huì)出現(xiàn)明顯的3次諧波，導(dǎo)致相電壓測(cè)量結(jié)果嚴(yán)重失真，同時(shí)電壓互感器開(kāi)口角也會(huì)濾出3次諧波干擾信息，影響接地信號(hào)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(wèn)題，消諧電阻會(huì)因過(guò)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(diǎn)與地之間接一單相零序PT，俗稱“4PT”法。近年來(lái)，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(diǎn)是在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，產(chǎn)生的零序電壓主要加在零序電壓互感器上，原來(lái)的三相PT只反應(yīng)正序電壓，因此無(wú)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(guò)電壓。但這種方法為了避免虛報(bào)接地故障信號(hào)、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(diǎn)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(zhǎng)度增加，加上電力電纜的大量使用，系統(tǒng)對(duì)地電容電流也隨之增大。采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地運(yùn)行方式，在發(fā)生單相接地時(shí)，消弧線圈的電感電流可以補(bǔ)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(guò)電壓的發(fā)生概率[3]。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)驗(yàn)表明，系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地這種方法抑制過(guò)電流和過(guò)電壓的效果最好。目前江門(mén)電網(wǎng)143個(gè)有10kV出線的變電站中，已在69個(gè)站的124段10kV母線上安裝了消弧線圈接地裝置，建議對(duì)各站的電容電流重新測(cè)量，根據(jù)電容電流數(shù)值核實(shí)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(jiàn)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(shí)代，2000（09）.