抗铁磁谐振电压互感器烧毁事件分析

王联合，廖洁娜，宋 军，刘 章

(1.国网福建省电力有限公司泉州供电公司，福建 泉州 362000；2.国网西藏电力有限公司林芝供电公司，西藏 林芝 860000)

0 引言

在小电流接地系统中，为具体区分线路接地相别，变电站内需要测量各相对地电压，故35 kV 及以下电压等级的电压互感器大多采用Yn 接线的电磁式电压互感器，其中性点是直接接地的，接线方式简单不易出错。正常运行时，电压互感器励磁感抗Xm远大于系统每相对地电容的容抗XC0。根据H.A.Perterson 谐振区域曲线，XC0/Xm≤0.006或XC0/Xm≥2.8 时，不会发生铁磁谐振；在其余区间时，随着XC0/Xm增大，会依次发生1/2 分频谐振、基波谐振、3 次谐波谐振等。因系统发生单相接地、母线合闸送电等扰动引起Xm降低，使XC0/Xm进入谐振区域的现象，称为铁磁谐振。

单相金属性接地时，电压互感器故障相对地电压为0，其他两相相电压升高至倍，容易引起互感器铁芯饱和Xm降低，从而引发铁磁谐振。尤其是10 kV 线路环网柜内空间紧凑，制造厂缩小互感器的铁芯截面易满足谐振条件。国网《十八项电网重大反事故措施》要求中性点非直接接地系统的PT 伏安特性的起始饱和电压应不小于1.9Um(Um为最高工作电压)。铁磁谐振导致电压互感器烧毁事件时有发生，以下以一起单向金属性接地引起JSZW 型抗铁磁谐振电压互感器烧毁事件为例进行分析，并提出了相关应对措施。

1 事件描述

2020-06-05T08:40:56， 监 控 系 统 报 警，35 kV 某变10 kV Ⅰ段母线B 相完全接地。

08:51:55，144 断路器跳闸，重合成功。保护信息显示为过流I 段动作，最大相电流54.73 A，故障相别AN，重合闸成功。运维人员巡视发现B相接地故障系某线用户电缆发生外破所致。此外，该线1 号环网柜电压互感器烧毁，A，B 相熔断器熔断，绝缘材料熔化流出。

2 JSZW 型电压互感器工作原理

烧毁互感器为JSZW12-10NFR 抗谐振型互感器，安装时耐压试验结果合格，且三相的励磁特性基本一致。JSZW 型电压互感器4PT 接线原理如图1 所示。

图1 JSZW 型电压互感器4PT 接线原理

从图1 中铁芯和绕组结构上看，与Yn 接线的电压互感器不同之处在于，在Yn 接线三相PT 的中性点增设了第4 只单相PT，即零相PT，又称“消谐PT”。以JSZW 型电压互感器A 相PT 为例，其一次侧有线圈A-O，二次侧2 个线圈1a-o和2a-o 共用一个铁芯；而零相PT 有独立的铁芯，一次侧只有线圈O-N，二次侧2 个线圈o-n 和da-dn 共用一个铁芯。一次侧O 不允许接地，否则零相PT 起不了消除谐振作用。

从一次电压方面来看，系统正常运行时，零相PT 的O 和N 两端电压接近为0，系统三相电压分别施加在A-O，B-O，C-O 三个一次线圈上。

在系统发生A 相单相接地情况下，一次侧A，B，C 三相绕组对中性点O 的电压仍为对称的三相电压Um，而互感器一次侧中性点O 端对地电压从0升高至-UA。4个PT一次线圈都不会发生过电压。各相线圈电压变化情况如图2 所示。

图2 A 相单相接地时PT 各相线圈电压

根据图2 可知，二次侧相对地电压方面，三相PT 输出的二次相电压(接电压表)均叠加了零序PT 的o-n 二次电压，因此接地A 相的电压表显示为0，其余两相电压表为二次线电压，故该电压互感器依然能反映出接地故障相。而用于反映系统接地的不再是开口三角绕组电压，而是由零相PT的第二个二次线圈da-dn 接入保测装置，触发“系统接地”告警信号，da-dn 线圈也不允许短接。

抗谐振电压互感器的特点是将正序磁路和零序磁路完全分开，零序伏安特性远远高于正序特性，这是防止分频谐振、熔丝频繁熔断和电压互感器烧毁的关键。

JSZW 型电压互感器的磁路结构为三相三柱式磁路(三相PT)和单相磁路(零相PT)，其中三相三柱磁路部分，由于零序磁通没有闭合回路，所以零序阻抗接近于0，因此三相电压UAO，UBO，UCO向量中没有零序分量，零序电压全部施加在单相磁路的O-N 线圈上，且单相磁路励磁特性按10 kV标准设计，不易因过电压而饱和发热。简言之，利用零相PT 分压原理，电压互感器不易发生因过电压导致铁芯饱和造成铁磁谐振的现象。

3 原因分析

检修人员对互感器本体进行了解体检查，尝试从互感器内部线圈烧毁的特征找出故障原因，发现零相PT 一、二次线圈较A，B，C 三相线圈损伤更为严重，继而怀疑零相PT 二次侧可能存在短路。打开二次接线盒后，发现二次的o 和n 分别用黄绿接地线与接地铜排连接在一起，意味着o 和n 通过铜排短接，零序阻抗被短接。因此，当系统单相接地时，流过零相PT 的电流极大，造成零相PT 的一、二次线圈全部烧毁，并危及高、低压三相之间的绝缘，故障进一步发展影响到其他三相PT。

10 kV 某线B 相的单相接地故障共持续了6 min，则意味着1 号环网柜电压互感器的零相PT短路了6 min，造成整台电压互感器烧毁，内部绝缘材料烧熔，互感器内部A，B 相短路，过流Ⅰ段保护动作跳闸。互感器熔断器熔断后，故障点被隔离，线路才重合成功。

4 应对措施

运维人员在电压互感器完成更换后验收时发现，环网柜厂家人员所更换的电压互感器的一次接线为一次侧N 接地，O 不接地，接线正确；但二次侧仍按照烧毁的互感器的接线方式接线，即二次侧o 端、n 端同时接地，可见其未掌握抗谐振型电压互感器的工作原理，误以为o 是三相二次绕组的一点接地点，才会误接线；而环网柜和电压互感器分属不同厂家，环网柜厂家人员不熟悉非本厂设备也是导致误接线的因素之一。发现问题后，运维人员立即纠正，将互感器的二次接线盒中的o 端解除，并包扎好。

配电网正常运行时，零相PT 一次侧几乎无电压，o-n 二次线圈即使短路也不会发热，这种错误接线在运行中很难被发现，只有在系统接地时才会暴露出来，具有很强的隐蔽性。

为此，针对一些需要现场组装的电压互感器，文献[1]提出了一种检验方法，即通过取下电压互感器某一相熔断器，检查二次线圈da-dn (变比：5.774 kV/100 V)的电压是否为50 V 来验证一、二次接线正确性。文献[2]则提出，只保留一相熔断器使PT 投入运行。

这些方法都是通过使零相PT 带上电压后，观察二次侧三相对地电压的变化来验证接线和极性的正确性，存在较大风险。如果二次侧o-n 线圈误接线被短接，即使一次侧O-N 线圈电压不高，试验时间不长，仍有可能损坏电压互感器。

环网柜内三相电压互感器一般是紧凑的，一体成型的，零相PT 一二次线圈的极性端以及内部接线一般不会出错，容易出错的是外部配线。因此提出以下完善建议。

(1) 检查各相PT 二次接线是否正确，确保无短路存在。

(2) 只取下或保留一相PT 高压熔丝使零相PT获得电压，从而检查各相二次电压值是否正确。

(3) 由制造厂家参照一次侧O 端盖上塑料帽的方式，给二次接线盒内的o 端也加盖塑料帽，并自带“不应接地”标识，以避免误接线。

5 结束语

不同类型的抗谐振型电压互感器，其二次接线方式也不同，只有真正弄懂工作原理，搞清楚接线方式才能确保接线的正确性。对于电压互感器烧毁现象，不能一概而论是由铁磁谐振引起的，必须通过解体互感器，检查其内部线圈故障特征，才能确认真正的故障原因并实施最佳的应对措施，避免同类设备故障再次发生，也为今后的设备验收和运维新增了又一检查点位。