35kV及以下电压互感器故障分析及改进措施

李晓娜 孟冠群 李丰念 姜冬雪 陈巧

【摘 要】电磁式电压互感器作为实践工作当中的一种重要的、基础性的测量设备，在综合性、全面的反映设备工作状况以及电力系统运行基本情况之上有着巨大的价值，同时相关电磁式电压互感器设备对于保证电力系统的稳定性、全面实现电力保护需求等，也有着巨大的价值。本文主要对35kV及以下电压互感器故障分析及改进措施进行了分析探讨。

【关键词】35KV；电压互感器；误差特性；故障原因

一、磁式电压互感器介绍

1、原理与特点

电压互感器从结构上来说是一种容量小、体积小及大电压比的降压变压器，它能将电网的高电转化成低电压，以起到方便监测和测量的作用。其基本原理是和变压器相同的，既由一次和二次绕组、引出线、铁心及绝缘部件等构成。目前，我国南方电网中运用的电压互感器主要有电磁式和电容式两种类型，电磁式电压互感器是通过电磁感应按照一定的比例将一次电压转变成二次电压且不会改变一次电压其他电气元件的电压互感器。

特点：电磁式互感器是把一次绕组直接并联在一次回路中，一次回路上的电压决定着一次绕组上的电压；二次绕组和一次绕组也是通过磁耦合完成无电耦合的。二次绕组多用于仪器、仪表及保护装置，由于负载小且是恒定的，因此可将电压互感器的一次侧看做一个电压源，几乎不会受到二次负载的影响。在正常运行的时候，电压互感器的二次侧负载很小，处于一种开路状态，此时的二次电压基本上就是二次侧感应电压的动势，取决于一次系统电压。

2、分类与用途

电磁式电压互感器有多种分类方式，根据相数的不同分为单项和三相两种；根据绝缘介质来分可分为干式和油式；根据绕组来分可分为双绕组、三绕组和四绕组三种，在运行当中，按其承受电压的不同，又可分为半绝缘式与全绝缘式电压互感器等。

用途：可与电气仪表、继电保护和自动装置配合测量高电压回路的电压参数，起到隔离高压，保证人员与设备的安全的作用；互感器二次侧统一的取量，有利于二次设备标准化。另外，电磁式电压互感器是我国电网中最主要的电压互感器，是电力输送方面的重要设备，一方面便于监测电网的运行状态；另一方面也可以为续电保护的正确操作提供参考量。

二、电磁式电压互感器误差特性恶化的原因

通常情况下，额定容量不足、实际功率因数低、谐波、过电压、热作用等是引起TV误差特性恶化的主要原因。

1、额定容量不足

在绕组时，在TV中由于存在直流电阻和漏电抗，压降因负载连接而出现，随着负载的变化二次电压也发生相应的变化，TV误差也随之出现很大的变化。根据相关的规定，在选择TV二次额定容量Sn过程中，控制实际二次容量S，使之在（1/4）Sn≤S≤Sn，通常情况下根据下列公式计算TV实际的二次容量：

S=[（∑Skcosφk）2+（∑Sksinφk）2]1/2=[（∑Pk）2+（∑Qk）2]1/2，

其中：cosφk和Sk分别为接在TV二次侧的各设备的功率因数和视在功率。在选择TV额定容量的过程中，其容量出现不足的原因包括先天不足和后天性形成两方面。

先天不足：

1.1设计人员由于缺乏计量专业知识，在选取额定容量的过程中，经常透露出认识方面的不足；

1.2工作人员自身能力存在不足，对电压回路参数和结构不熟悉、不清楚，在工作过程中，遇到相应的问题又不愿意去查询使用手册，在一定程度上造成计算错误；

1.3工作人员工作时，粗心马虎，对计量工作缺乏必要的重视，对于系统中接入的设备数量更是不清楚，计算时没有将后备线路归入计算范围；

1.4在选择TV的过程中，工作人员为了节省成本，贪图便宜，导致投入使用的TV额定容量小。

后天形成：

工作人员在安装计量设备时，虽然额定容量的TV已经确定，但是为了后期的工作，为了检测和管理的需要，在原有设备的基础上，在系统中又接入了用于遥测的电压变送器、功率变送器，电压监测仪等设备，在运行多年的变电所中这种想象最容易发生。更为严重的是，还要通过TV来给这些设备中的部分设备进行供电。另外，因用电形势的不断增加，在短时间内系统中增加新的线路和许多TV回路设备。在系统中，随着设备的不断接入，TV二次回路的实际总容量在一定程度上超出最初选定的额定容量。

2、TV的实际功率因数比较低

电压线圈功率因数大小方面，对于感应式三相电能表来说其值为0.2～0.3。然而在电子式电能表中，由于通过小型的TV作隔离和采样，进一步处理电压回路，所以功率因数一般在0.3～0.5。另外，在系统中由于感性负载的接入，在整个电压二次回路中，电子式电能表的功率因数通常为0.3左右。当前，电磁式TV在电力系统中得到广泛使用，其功率因数通常会为0.8。

3、谐波

在电力网中，由于在系统中接入了大容量用电整流设备、换流设备，以及一些非线性负荷等，进而在一定程度上导致在系统中出现谐波。在电压等级为中、低档的系统中，电磁感应式TV得到广泛使用。电磁感应式TV在运行的过程中，由于原、副边存在漏阻抗和电容，以及副边负载存在附加误差等，在满足高次谐波条件时，当TV铁芯出现不饱和现象，或者一次绕组的漏抗较小时，在一定程度上将会导致误差特性继续恶化。TV误差随正弦波畸变率的增大而非线性地增加，与此同时，偶次谐波对TV误差的影响程度远远超过奇次谐波对TV误差的影响程度。如果TV运行在谐波环境中，其误差特性通过采用接线形式的方式是无法降低的。通过对谐波进行多年的测试，对比检测结果，我们发现：在电力系统中注入的谐波，电压畸变程度与该点的短路容量、運行方式符合数学的反比关系。

4、电力系统过电压

电力系统中存在的形式各异的电感元件（变压器、TV、发电机、消弧线圈等）与各式的电容（对地、相间电容，补偿用的串、并联电容，高压设备的寄生电容等），有可能形成振荡回路，在满足一定条件便会出现谐振现象，形成谐振过电压。通常情况下，谐振过电压产生的原因主要包括：一方面操作或发生故障产生过电压，另一方面谐振条件被破坏时也容易产生过电压。另外，在中性点不接地系统中，系统处于输电线路出现折断、断路器非全相操作、熔断器熔断一相等非全相运行状态下，这时以容易产生谐振过电压。在电力系统中出现单相接地故障，造成非故障相的电压升高，在一定程度上可能会超出线电压三角形之外，进而发生中性点位移或者不稳定的现象。在系统中，当熄灭单相接地电弧后，中性点的不稳定电压被TV的铁芯饱激发起。当条件具备的情况下，上述现象均可能造成TV严重超差。对于中性点不接地系统，出现单相短路接地时，那么带着故障运行的时间会超过两小时，在一定程度上会造成TV超差，过热严重时会损坏设备。

5、热作用

如果热作用的影响时间过长，在一定程度上降低TV铁芯的磁导率，进一步恶化误差特性。如果TV的运行时间超过5年，通常情况下铁芯的各种损耗都是通过热能的形式挥发。如果热作用的影响时间过长，铁芯的磁导率进一步降低，出现误差偏负，甚至超差现象的发生。

三、现场试验数据对比

下面来看看一组现场试验数据，被试设备为：

型号：JDX6-35型（J—电压互感器、D—单相、X—带剩余电压绕组、6—设计序号、35—指电压等级，kV）厂家：大连第一互感器有限責任公司

出厂日期：1994年10月；编号：94J05123-2

根据厂家说明书：该型电压互感器为单相三绕组、户外用油浸式全密封型电压互感器，适用于中性点不接地的35kV，额定频率为50Hz的交流电力系统中做电压、电能测量及继电保护之用。铁芯由条形硅钢片叠层，为三柱芯式，在中柱上套有绕组，分三个线圈（一次、二次及剩余电压），剩余电压线圈绕在绝缘纸筒上，外包纸板后，绕二次线圈，再外包绝缘纸板，最外面为一次线圈。一次绕组A端出线为全绝缘，X端接地。器身固定在下油箱上。在上油箱上装有一次瓷套、接线盒、铭牌及供吊起互感器的四个吊拌。在瓷套顶端装有储油柜。下油箱下部装有油样活门，支座上有接地螺栓，为全密封结构，能有效地防止油老化。

因为针对末端屏蔽法不适用于现场测试，自激法误差太大易受干扰。故试验中只将常规法及末端加压法进行对比。现场测试证实该PT绝缘存在严重缺陷，将其拆下后进行较详细试验，数据如下表1所示：

测得微水：48.7mg/L，绝缘强度：21kV。

最后对该PT进行解体，发现在一次端子拆掉上盖后，发现在储油柜内有大量油泥及水分；在一次绕组上包扎的白布带上亦发现一些油泥；在最外层的绝缘纸板上发现大量树枝状放电痕。

综上所述，对于电磁式半绝缘电压互感器的非串级式种类，使用末端加压法对其受潮情况反映并不灵敏。而常规法可较正确反映其受潮情况。于现场试验中，常规法更适用于此类PT的介质损及电容量测试。对于电磁式半绝缘电压互感器中的串级式种类，显然末端加压法因为不需将底座对地绝缘而更适合现场操作。其中末端加压法12更是应该于现场提倡。

结束语

在实践应用过程中，针对电磁式电压互感器受到原材料、制造工艺和过电压等因素的影响出现的各种故障问题，采取有效预防措施，可以有效提高电力系统的运行稳定性和安全性，对于提高电力输送过程的可靠性具有重要意义。

参考文献：

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[3]王利民.35kV电压互感器烧毁的原因分析及应对措施[J].黑龙江科技信息，2011，（17）：13-15