10kV电压互感器高压熔丝频繁熔断的故障分析及预控措施

李国辉

（广东电网清远阳山供电局，广东 清远 513100）

一、电压互感器概念原理与运行方式

PT（电压互感器），为一种按一定的比例由高电压转换成相对标准的低电压（常规是100/V、100V），在高压与相位能够保持一致联系的基础上，能实时准确地对高压量值变化的设备进行不同反映。PT（电压互感器）从另一种角度上来说是一个降压变压器（图1所示）：基于在电磁感应的原理之中，二次侧会在匝数较少、仪表与保护等负载及二次侧并接时会产生电压感应，因为这些负荷通过二次电流相当的小，有十分之大的阻抗值，所以在PT（电压互感器）的工作情况中，相当于出现空载情况的变压器。

二、电压互感器损坏及高压熔丝熔断的危害

（1）在引起PT受到损坏及高压熔丝烧毁之后，此种现象的出现，若不立即进行修复，将会引发10kV母线运行不能进行分段。（2）正常情况下，谐振过电压在10kV系统中，是最为常见引起的不寻常运行现象，过电压谐振幅度虽然不高，可它的存在是长期性，尤其是低频率的谐波影响变电站变压器线圈装置上，而其他设备可能危及绝缘总线上，可以使严重的弱点在其他绝缘击穿，造成严重的伤害甚至是短期的大面积停电。（3）如果PT损坏或高压保险丝烧断的，直接会对电量造成损失与计量方面也难以做到准确算计；如此同时在保护消失的电压，对供电设备的安全运行将会受到严重危及。（4）在PT损坏或高压变压器保险丝烧断现象的情况下，操作人员将会在检查设备时会造成伤害。

三、PT保险丝熔断主要故障原因分析

在实际运行工作中，PT高压熔丝经常会出现熔断现象，其发生故障原因见见图2。

图2 电感伏安特性曲线

正常运行时，wL≥1/wC，因此不会发生wL=1/wC时的谐振。而非线性元件电感其伏安特性曲线是一条直线前磁芯不饱和，电感值不变的保持着，系统将生成一些波动，PT本身的运行状态会出现变化，从而引发增高相电压，三相铁核心发生各种程度状态的饱和，导致电感值下降（图2）；根据共振分配制度的原则，PT电感出现不同类型的铁磁谐振及共振现象。对于运行时，通常会引起铁磁谐振的原因是：单相接地、单相电弧接地，PT合闸之时绕组内出现特大涌流，不管是什么原因，铁磁谐振在PT保险丝熔断中仍然是一个十分重要的原因。

2 较低的饱和电流

在系统中出现单相接地的时候，故障点将会在电容电流中流过，升高到线的电压是未接地相的电压，在接地故障的时候，电荷出现的电容电流的通路以接地点为主，在大地、导线与电源之间进行流通中。因为PT阻抗励磁相当之大，电流流过少接地故障消失时，电流的路径将被切断，而在非接地相中，一定要由线电压刹那间返回到相电压的正常水平。然而，因为已断开的接地故障，在非接地相的接地时候线电压下的电荷已经被充电，只要能对高压绕组的通过，经过原有接地的中性点能够进人大地中；在高压绕组过程中，一个相当高幅值的饱和低频电流必将会流过，导致铁心出现严重饱和现象，越容易出现饱和的铁心，就会有越大的饱和电流，高压保险丝就会很容易发生熔断。

3 PTX端绝缘水平与消谐器难以匹配导致保险丝熔断

在10kV PT的X端绝缘中，主要有弱绝缘与全绝缘两种，弱绝缘的PT（电压互感器）X端工频耐受的电压是3kV；全绝缘的PT（电压互感器）X端耐受的电压和首端存在相同。对于选择X端弱绝缘中性点消谐器时，一定要在电网稳定运行与经受到相当大的干扰后，均能促使X端电压在绝缘允许范围之内受到限制，不然的话X端子就极可能放电入地，引起一次绕组电流来断增大，使保险丝熔断。

4 雷云闪电时，PT多相高压保险熔断的原因分析

在比较空旷的野外环境中，没有架空地线的10kV～35kV的架空线，三相导线暴露于空气中，对相同数量的束缚电荷均都感应到。当云雷放电时，上线的三相导体的两侧的移动有关的电荷，形成电波入侵变电站。这次入侵波的电压相对比较低，保险丝熔断的结果主要原因是发热，只有电流的持续时间长且幅值又高的侵入波，方会致使高压保险丝熔断，而这两个条件大多数侵入波均没有同时具备着，因此，在大多风暴天气中，雷电造成PT保险丝熔断仍然是一个大概率事件。

5 PT（电压互感器）自身的欠缺

PT的绝缘下降等现象也会发生保险丝熔断，尤其是当电网发生位移过电压等情况之时，必将会立即显现保险丝熔现象，对于设备自身的不足之处，其设备运行的检查与维护应做好工作即可。10kV PT（电压互感器）保险丝熔断与其参数有莫大的联系，在初期建站中，根据预定负荷设定的PT铁芯磁饱和系数相对偏小，电压引发大幅度变动或负荷在发生波动的时候，其铁芯达到饱和现象容易发生，同时可以达到了铁磁谐振的条件。

四、保险丝频繁烧坏主要的预控措施

1 要使铁磁谐振得到消除，在电力系统中主要有如下一些方法：①采用采用电容式的PT或励磁特性能好的PT；②在回路的零序增加阻尼式电阻，即是在开口三角绕组处或一次绕组中性点加装非线性电阻或消谐器；③破坏其谐振条件，对地电容需增大。因为反铁磁谐振特性的JSZFR-10G型号PT更换成本高，本着更加进一步地挖潜进行增效，使企业最大化的利益得以实现，该系列变压器初级侧电压中性线和地线之间的电阻达到消除和限制谐波的阻尼效果，电压互感器的接地故障引起的铁磁谐振电路，在一定程度上能有效地抑制、缓解损坏PT。

图3 一次中性点加消谐装置

2 采用非线性PT中性点电阻或谐波消除方法抑止低频饱和电流，如上述情况之下，如果在高压绕组中性点上，然后接入一个足够大的接地R，单相故障在消失之时，低饱和电流穿过电阻再进入大地里。因为大多数的电阻器两端的电压降，很容易抑止较低的饱和电流，致使高电压保险丝不会轻易熔断，在同一时间，因为零序电压的电路串联电阻，使PT铁磁谐振过电压的压降于的大部分电阻上面，避免磁芯饱和，让铁磁谐振过电压的发生得到了限制。鉴于电力电网中性点的正常运作是小，而当满足单一的开口三角电压灵敏度电压变压器中性点电阻性或非线性消谐，必须满足一定的性能要求，安装在二次侧共振电子去除不能限制低频饱和电流，当出现电流时，它会把三角短路二次开口，这就将电流幅值得到了增加。

3 中性点一次装设消弧装置（图3所示）。这种方法一般是相关的纯阻性中性点经消弧线圈。改变的系统参数设置的纯电阻，阻尼和共振抑制发挥作用，导致在谐振区域中的变化，并加上阻力的增加，调谐范围将继续收缩，以形成一个形状关闭。然而，这种方法应该注意到的问题有：采用接电阻措施的中性点应考虑电压电阻的PT绕组X端（尾部）的绝缘级别，峰值高达15kV，尾端绝缘级别如果不够强，它可以被受到损坏的。连接到中性点经消弧线圈接地系统的电容较大，那么中性点经消弧线圈接地电容电流可以得到补偿的，它能够有效地抑止过电流，其效果是最明显不过。

4 根据谐振发生条件进行分析，在PT所在母线上装置消弧线圈，能够使电容远小于电感，从而大大降低了PT铁磁谐振产生的机会；同时，引发单相接地故障于该母线上时，消弧线圈使接地电弧能够尽快熄灭保护好关联的电气设备，这些措施是不够的，只因在电网上的某些变化或一些成本的增加，所以你可以根据公司目前的变电站和电力需求选择性安装消弧线圈。

5 为PT留有充足的余量，尤其是磁饱和量对设备进行设置，宜留有余量励磁特性，以确保伴随增加的负载，该设备仍然能够是稳定与安全的运行。选择一个好的PT的励磁特性的同时，可以保证稳定的励磁线圈，磁饱和没有达到之时，稳定系统暂时的波动励磁特性的电感值是相对稳定的，由此不会产生电感值下降。

[1]电压互感器常见故障排查[J].安全生产，2010.