电压互感器爆裂原因分析及防范措施

滕佳怡 ，滕 超 ，姚海燕

（1.哈尔滨工业大学（威海），山东 威海 264209；2.国网山东省电力公司荣成市供电公司，山东 荣成 264300）

·班组创新·

电压互感器爆裂原因分析及防范措施

滕佳怡1，滕 超2，姚海燕2

（1.哈尔滨工业大学（威海），山东 威海 264209；2.国网山东省电力公司荣成市供电公司，山东 荣成 264300）

针对某地区变电站10 kV中性点不接地系统电压互感器频繁爆裂现象，从系统电磁谐振、剩余电压绕组等方面进行分析，阐述故障产生的原因、危害，提出相应防范措施，以减少该类故障的发生。

10 kV中性点不接地系统；电压互感器；爆裂

0 引言

引起电压互感器本体介质炸裂的原因有多种，结合事故案例着重从系统谐振过电压、剩余电压绕组出口极性等方面进行分析。电力系统中如果参数配合不当，易激发产生持续的铁磁谐振过电压，谐振过电压幅值较高、持续时间较长，会引起电气设备的绝缘闪络爆裂；电压互感器质量存在问题以及剩余电压绕组出口极性接反使部分绕组短路，在系统接地时均易造成热膨胀爆裂。

1 故障概述

某地区两座变电站的10 kV系统电压互感器（TV）自设备改造后烧毁了7组次，共同特点为10 kVⅠ、Ⅱ段母线并列运行，10 kV系统接地且接地运行大约5~20 min后，Ⅱ段母线TV运行正常但Ⅰ段母线TV烧毁，且均出现不同程度的本体爆裂、内部绝缘物质喷出等故障现象，如图1所示。给系统的安全稳定运行带来了极大的隐患。

两座变电站10 kV系统电压互感器型号为JDZX11-10型，电压变比为（0.1／3），额定输出容量为 75／75／100 VA，功率因数为0.8，故障统计及描述如表1所示。

图1 电压互感器爆裂

表1 某地区电压互感器故障统计

变电站 日期 故障描述2014-03-22 10 kV高压室有绝缘漆焦糊味和浓烟，10 kVⅠ段母线TV三相一次熔断器熔断，其中C相碎裂，TV本体三相均发热击穿，并有绝缘漆流出2014-11-07 110 kV 10 kV高压室有绝缘漆焦糊味和浓烟，10 kVⅠ段母线TV三相一次熔断器熔断，TV本体三相均不同程度损坏，A、C两相碎裂较重、B相轻微裂纹B变电站2015-06-11 10 kV高压室有浓烈的绝缘漆焦糊味，10 kVⅠ段母线TV一次熔断器C相熔断,TV本体三相均过热，C相裂纹，并有绝缘漆流出2015-08-24 10 kV高压室有绝缘漆焦糊味，10 kVⅠ段母线TV一次熔断器B、C两相熔断，其中B相碎裂；TV本体B、C两相爆裂击穿，且均有绝缘漆流出

2 爆裂原因

2.1 原因分析

1）产品质量差引起TV烧毁。电压互感器本身绝缘、铁芯叠片及绕制工艺不过关等质量问题，均可能出现发热过量，使绝缘长期处于高温下运行，导致绝缘快速老化。当中性点不接地系统一次侧电压在运行中发生偏斜，尤其在电压高于电压互感器额定电压且过负荷的情况下，该相电压互感器内部发热更加严重，一次侧绕组易击穿使匝间短路，电流急剧增大更容易引起热膨胀爆裂击穿。

2）铁磁谐振引起TV烧毁。铁磁式电压互感器的非线性特性是产生铁磁谐振的主要原因，当系统故障或开关操作等外界冲击时，如果参数配合适当会在很大的范围内发生铁磁谐振，由于铁芯磁饱和使电路中电流和电压发生跃变，电路由原来的电感性工作状态转变为电容性工作状态，电流相位发生了180°反转，在跃变过程中电流激增，电感和电容两端电压也随着增加，若母线和导线对地电容很小，能形成3倍以上高频谐振过电压；母线和导线对地电容较大，会出现工频谐振；母线和导线对地电容很大（电缆线路较多）时，可产生分频（通常为1／2次）谐振［1］，谐振过电压幅值较高，由于励磁感抗减半使电压互感器深度饱和，励磁电流急剧增大至额定值的数十倍，其表现形式是相对地电压升高或以低频摆动，电压互感器在高电压、大电流下长时间持续运行，本体温度迅速升高引起发热爆裂击穿。

3）剩余电压绕组出口极性错误引起TV烧毁。正常接线情况下，电压互感器的剩余电压绕组开口三角端子引至端子排的L、N端子，且开口三角末端dn端子在电压互感器本体处接地，如图2所示。其剩余电压绕组出口L、N之间一般有0.2~3.0 V的不平衡电压。

图2 电压互感器剩余电压绕组出口正常接线

如果10 kVⅡ段母线电压互感器剩余电压绕组开口三角端子L2、N2在端子排处接反，如图3所示，即da2端子经过端子排处的标号为N2、N1端子，连接至10 kVⅠ段母线电压互感器本体处的dn1端子后接地，造成Ⅱ段母线电压互感器的剩余电压绕组开口三角端子L2、N2均接地，该接法相当于Ⅱ段母线电压互感器的剩余电压绕组短路。无系统接地时，开口三角出口不平衡电压0.2~3.0 V短路但基本无环流；发生系统接地时，且越靠近母线处接地开口三角端子L、N之间电压越高（可达到100 V）。由于开口三角端子L2、N2均已接地，二次阻抗很小，产生很大的短路电流，一次电流倍增，电压互感器内部产生很大的压力无法释放，使得电压互感器爆裂击穿；但Ⅰ段母线电压互感器的剩余电压绕组开口三角端子L1、N1接线正确，因此Ⅱ段母线TV损坏而Ⅰ段母线TV 运行正常［1］。

图3 电压互感器剩余电压绕组出口错误接线

2.2 原因确认

通过分析电压互感器爆裂故障的共同特点，检查发现Ⅰ段母线更换电压互感器时接线错误，其剩余电压绕组出口接线在电压互感器柜端子排处L、N颠倒极性接反，如图4所示。L1、N1的引线颠倒使L1经过端子排处的标号为N1端子、电压并列装置处端子排N1、N2端子，返回至Ⅱ段母线电压互感器开关柜的N2后接地，由于Ⅰ段母线电压互感器的剩余电压绕组端子的N1在电压互感器开关柜处接地，造成Ⅰ段母线电压互感器的剩余电压绕组端子L1、N1均接地，该接法相当于Ⅰ段母线电压互感器的剩余电压绕组短路，在系统接地且越是近母线处接地，电压互感器的剩余电压绕组开口三角端子之间电压越高，最大短路电压可达到100 V。由于L1、N1均已接地且二次回路阻抗很小，产生很大的短路电流使一次电流倍增，在电压互感器内部产生很大的压力无法释放造成电压互感器本体爆裂击穿、内部绝缘物质喷出、一次熔断器熔断；但Ⅱ段母线电压互感器的剩余电压绕组出口端子接线正确，系统接地后其运行正常，因此出现频繁烧毁Ⅰ段母线TV而Ⅱ段母线TV运行正常的情况。

图4 电压互感器故障二次接线

3 防范措施

为了限制和消除零序性质的谐振过电压，可采取避开谐振发生条件或采用保护装置以限制谐振过电压的幅值和持续时间等预控措施，选用励磁特性较好的（如适当降低铁芯磁密）电压互感器或电容式电压互感器；在母线上加装一定的对地电容，改变系统参数使之超过某一临界值［2］；将中性点不接地电源系统改为采用消弧线圈接地［3］；但任何措施都有一定局限性，采用时应有选择性。

针对在运的电压互感器，结合相关标准规范核查其二次接线，包括二次绕组接地、母联开关位置接入情况，不同母线电压互感器L、N间对地导通情况，电压互感器三次回路极性等；针对改造及新建变电站的电压互感器，必须采用独立电缆，且二次、三次侧回路N不允许共用，并在电压并列装置处进行统一接地［4］；电压并列装置必须引入母联位置，一次侧未并列运行时，二次侧决不允许并列运行；对变电站母线分期建设，电压并列装置应安排在一期中建设，分期建设的不同母线电压互感器，必须增加电压互感器二次、三次回路接地点导通测量，同时检查L、N间阻抗情况，应确保电压互感器三次回路接线极性一致（即头尾引出线一致），防止特殊情况下形成短路状态［5］。

4 结语

通过理论分析多起电压互感器爆裂的原因，确认其为接线错误，针对故障原因提出预防措施，为今后开展此类故障分析采取有效地防范措施提供了依据。

［1］凌子恕.高压互感器技术手册［M］.北京：中国电力出版社，2005.

［2］于爱民，杜宁宁.电磁式电压互感器铁磁谐振案例与消谐改进措施［J］.山东电力技术，2015，42（8）：57-59，70.

［3］林剑，余建华，黄海鲲.变电站10 kV母线PT故障原因及防范［J］.山东电力技术，2012，39（1）：52-54.

［4］全国量度继电器和保护设备标准化技术委员会，静态继电保护装置分标准化技术委员会.继电保护和安全自动装置技术规程：GB／T 14285—2006［S］.北京：中国标准出版社，2006.

［5］国家电网公司运维检修部.国家电网公司十八项电网重大反事故措施（修订版）及编制说明［M］.北京：中国电力出版社，2012.

Reason Analysis and Countermeasures of Voltage Transformer Burst

TENG Jiayi1，TENG Chao2，YAO Haiyan2
（1.Harbin Insitute of Technology，Weihai 264209，China；2.State Grid Rongcheng Power Supply Company，Rongcheng 264300，China）

Voltage transducers of an ungrounded 10 kV system frequently burst in an area.In this paper，these repeating faults are analyzed from aspects of the electromagnetic resonance and the residual voltage winding.The analysis demonstrated the causes and harmful effects of these failures briefly.Improvements are proposed based on the understanding of the causes of such failures.The suggestions will help on reducing the occurrence of such faults.

10 kV system without neutral point grounding；voltage transformer；burst

TM451

B

1007-9904（2017）11-0074-03

2017-06-06

滕佳怡（1994），女 ，硕士研究生，研究方向为柔性输配电技术；滕 超（1969），男，工程师、技师，从事变电运维技术工作；姚海燕（1975），女，技师，从事变电运维工作。