一起电磁式电压互感器匝间绝缘损坏故障诊断

隋恒，岳彩鹏，刁明涛

（国网山东省电力公司聊城供电公司，山东聊城252000）

一起电磁式电压互感器匝间绝缘损坏故障诊断

隋恒，岳彩鹏，刁明涛

（国网山东省电力公司聊城供电公司，山东聊城252000）

对一起电磁式电压互感器故障进行检测分析，发现是因为过电压造成电压互感器一次绕组匝间绝缘损坏。结合电磁式电压互感器结构及使用情况，提出选用优质励磁特性的电压互感器、增加消谐装置、改变互感器接线方式等措施可有效预防该类故障的发生。

电磁式电压互感器；过电压；匝间绝缘

0 引言

电磁式电压互感器因结构简单、价格合理而广泛应用于35 kV及以下电压等级系统中，但其绕组的阻抗易受铁芯磁通饱和程度影响，当出现接地故障、负荷波动等情况时，系统中电容、电感可能会改变发生谐振，产生过电压、过电流，影响电压互感器的安全运行［1］。

1 故障描述

1.1 现场情况

某220 kV变电站35 kV侧接线方式为单母线分段，正常运行时35 kV I、II段母线分列运行。2014-07-07，35 kV I段母线报警失压，合上母线分段开关后，35 kV母线以单母线方式运行，I段母线电压互感器退出运行。抢修人员将电压互感器小车式开关柜拉出，检查I段母线电压互感器及开关柜，没有发现放电、绝缘龟裂等现象，将电压互感器相连的高压熔断器取下后进行导通测试，发现B相熔断器不通，其它两相熔断器测试正常。

1.2 现场检查试验

该电压互感器出厂日期为2012年5月，型号为JDZX9-35，单相半绝缘结构，二次侧有3个绕组。对三相电压互感器进行绝缘电阻、直流电阻及变比测试，结果如表1所示。

表1 互感器绝缘电阻及直流电阻测试结果

根据表1，B相互感器一次绕组绝缘电阻明显小于其他两相，并小于其出厂值100 000 MΩ。根据Q／GDW 168—2008《输变电设备状态检修试验规程》要求，电磁式电压互感器一次绕组绝缘电阻应满足“初值差不超过－50%（注意值）”［2］，B相一次绕组绝缘电阻初值差为－60%，说明互感器内部发生了绝缘损坏故障。

B相一次绕组直流电阻明显偏小，其中A、B相直阻互差达123.6%，B、C相直阻互差达123.9%，三相电压互感器的二次绕组的直流电阻值平衡，三相互差依次为0.57%、0.18%、0.14%。

根据铭牌，电压互感器一次绕组与二次绕组额定电压比依次为350、350、600。根据表2数据，B相电压互感器一次绕组与二次侧三个绕组的电压比均明显大于额定变比。结合直流电阻测试结果，可判断故障位置在一次绕组。

对B相电压互感器进行励磁特性试验，记录试验电压下二次绕组电流，结果如表2所示。

表2 B相电压互感器励磁特性测试结果

进行励磁特性试验时，励磁电压超过8 V时，二次绕组励磁电流已超过20 A，此时试验输出容量超过试验仪器额定值，电压无法继续升高。出厂试验报告显示励磁试验电压为110 V时，电流仅为0.31 A。显然，B相电压互感器励磁特性发生变化，励磁电压较小时铁芯即处于过饱和状态，这是绕组匝间短路的典型特征。结合前述一次绕组直流电阻减小的情况，可确定B相电压互感器一次绕组内存在匝间短路，铁心处于过饱和状态，导致励磁电流增大从而使熔断器熔断，最终母线失压报警。

2 故障分析

故障发生时天气晴好，外部无雷击情况，故障前1号接地变压器、III组电容器组35C3及架空出线314线挂I段母线运行，I、II段母线并列运行后合入III组电容器后未跳闸，说明电容器组没有接地故障。根据调度相关记录，314线路B相曾有瞬时单相接地信号，但随即消失，巡线检查没有发现接地故障。因此，推断此次故障起因于架空出线单相接地，如图1所示。

图1 系统接地故障示意

图1中，B相的K点单相接地后，非故障相A、C相电压升高，向对地电容C0充电。接地故障消失后，对地电容C0经电压互感器的一次绕组放电，造成互感器励磁电流突然增大，使铁芯处于过饱和状态，励磁阻抗下降。

随着电压互感器阻抗的改变，当系统的等效容抗与感抗相等时，产生铁磁谐振，谐振产生的过电压会损坏互感器一次绕组的匝间绝缘，铁芯的励磁特性发生改变而处于过饱和状态，使一次绕组电流畸变增大，电流瞬时增大超过熔断器额定电流后使熔断器动作。

3 防范措施

由上述分析可知，铁芯的非线性铁磁特性是产生铁磁谐振的根本原因［3］。目前，消除谐振主要集中在以下几方面：改变系统电感、电容元件参数，使它们不具备谐振条件；快速消耗谐振能量，降低谐振过电压、过电流的倍数；合理地分配有功负荷，一般在轻载或空载条件下易发生谐振［4］。

具体到本次故障中的半绝缘电压互感器，可采用以下方法。

1）选用励磁特性优良的电压互感器。励磁特性不好的电压互感器，其励磁特性曲线饱和点较低，在单相接地故障时会引起铁心饱和，励磁电流突然增大，电抗降低，容易导致铁磁谐振。电压互感器励磁特性的好坏，主要取决于磁路设计、铁心材质、制造工艺等因素，选用励磁特性优良的电压互感器，是防治铁磁谐振的治本之策［5］。

2）电压互感器一次绕组经消谐电阻接地消谐。消谐电阻可以在单相接地故障消失后，限制一次绕组中的电流，避免铁心过饱和使电抗下降，从而避免谐振的形成。消谐电阻的大小应适当选取，消谐电阻越大，消谐效果越好，但消谐电阻太大会使电阻压降增大，容易使电阻发热被烧毁，同时消谐电阻的分压效果会降低电压互感器开口三角绕组输出电压，可能影响继电保护装置动作的灵敏度。

3）四互感器法消谐。三相互感器一次绕组通过一台单相互感器接地，相当于在三相电压互感器中性点接入一个高阻抗，使电磁式电压互感器等值阻抗增加。发生单相接地时，零序电压大部分降落在单相电压互感器上，使电磁式电压互感器不易饱和。但这种方法增大了电压互感器的等效电感，使谐振产生的过电流存在长时间延长，对中性点的单相电压互感器质量要求较高。

4）电力系统中性点经消弧线圈接地。发生单相接地故障时，消弧线圈中的电感电流补偿接地电容电流，从而减小接地电流，由于消弧线圈的电感远小于电压互感器的励磁电感，电压互感器分流较小，避免了电压互感器铁心饱和现象的发生。

5）在电压互感器的开口三角绕组并联阻尼电阻消谐。并联阻尼电阻一般为压敏电阻。系统正常运行时，开口三角绕组输出电压为零，电阻呈高阻值。发生谐振时，开口三角绕组有零序电压，电阻呈低值，快速消耗谐振能量。

4 结语

随着电网的不断扩大、线路长度的增加以及电力电缆的广泛应用，电力系统电容电流越来越大，谐振过电压成为35 kV及以下电压等级系统最主要的威胁之一。通过采用优质励磁特性的电压互感器、增加消谐装置、改变互感器接线方式，能够有效消除谐振产生的条件，防止谐振的发生。

［1］王文洁，王泱，古海滨.电磁式电压互感器引发的铁磁谐振的研究［J］.华北电力大学学报，2006，33（6）：43-46.

［2］DL／T 393—2010输变电设备状态检修试验规程［S］.

［3］赵修民.电压互感器［M］.太原：山西科学教育出版社，1987.

［4］高鹏，马江泓，刘富元.非有效接地系统中电压互感器防谐振措施研究［J］.电网与水利发电进展，2008，24（1）：24-28.

［5］戴宪斌.电磁式电压互感器铁磁谐振及消谐方法的分析［J］.电气开关，2010（1）：4-8.

Interturn Insulation Failure Diagnosis of an Electromagnetic Potential Transformer

SUI Heng，YUE Caipeng，DIAO Mingtao
（State Grid Liaocheng Power Supply Company，Liaocheng 252000，China）

A failure of an electromagnetic voltage transformer is analyzed.Inspection test indicates that the failure is due to damaged interturn insulation which is caused by overvoltage.Combined with the structure and usage of the transformer，measures to prevent these failures are put forward，such as choosing high quality characteristic excitation voltage transformer，addition of harmonic elimination device，and pattern shifting of the transformer wiring.

electromagnetic voltage transformer；overvoltage；interturn insulation

TM451

B

1007－9904（2015）06－0066－03

2015-02-25

隋恒（1986），男，工程师，从事高压试验检修工作；

岳彩鹏（1984），男，从事高压试验检修工作；

刁明涛（1979），女，从事高压试验工作。