趙海林

(揚(yáng)中市供電公司，江蘇揚(yáng)中212200)

電壓互感器是變電站電壓測量、計量及繼電保護(hù)的重要設(shè)備，其在運(yùn)行過程中經(jīng)常會發(fā)生高壓側(cè)熔絲熔斷故障，對計量、繼電保護(hù)等帶來不良后果，因此對電磁式電壓互感器熔絲熔斷故障的研究具有非常重要的意義，合理有效處理該故障可以減小事故的危害，保證電網(wǎng)、設(shè)備的安全運(yùn)行，減小損失。文中主要分析了發(fā)生此類故障的原因，提出了相應(yīng)的措施，為現(xiàn)場解決問題提供參考。

1電磁式電壓互感器熔絲熔斷原因分析

造成電壓互感器熔絲熔斷的主要原因有：鐵磁諧振過電壓、低頻飽和電流、電壓互感器一、二次絕緣降低或消諧器絕緣下降、電壓互感器X端絕緣水平與消諧器不匹配以及雷雨天氣等。

1.1鐵磁諧振過電壓的影響

非線性負(fù)荷使得電壓波形嚴(yán)重畸變，這是造成鐵磁諧振的主要因素。在中性點不接地系統(tǒng)中，正常運(yùn)行時，由于三相對稱，電壓互感器的勵磁阻抗大于系統(tǒng)對地電容，兩者并聯(lián)后為一等值電容，系統(tǒng)對地阻抗呈現(xiàn)容性，中性點的位移基本接近0。當(dāng)線路瞬時接地時，健全相電壓突然上升，產(chǎn)生涌流；給電壓互感器送電時，其一相或兩相繞組內(nèi)出現(xiàn)巨大的涌流。系統(tǒng)的某些干擾可使電壓互感器鐵芯出現(xiàn)不同程度的飽和，中性點就有較大的位移，位移電壓可以是工頻，也可以是諧波頻率（分頻、高頻），飽和后的電壓互感器勵磁電感變小，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)對地阻抗趨于感性，此時若系統(tǒng)的對地電感與對地電容相匹配，就形成三相或單相共振回路，可激發(fā)各種鐵磁諧振過電壓。工頻和高頻鐵磁諧振過電壓的幅值一般較高，可達(dá)額定值的3倍以上，起始暫態(tài)過程中的電壓幅值可能更高，危及電氣設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)。工頻諧振過電壓可導(dǎo)致三相對地電壓同時升高，或引起“虛接地”現(xiàn)象[1]。高頻鐵磁諧振可導(dǎo)致相電壓低頻擺動，勵磁感抗成倍下降，過電壓并不高，一般在2倍額定值以下，但感抗下降會使勵磁回路嚴(yán)重飽和，勵磁電流急劇加大，電流大大超過額定值，使電壓互感器一次側(cè)熔絲過熱燒毀。

1.2低頻飽和電流的影響

發(fā)生單相接地故障時，由于電壓互感器的勵磁阻抗很大，其中流過的電流很小，一旦接地故障消失，電流通路則被切斷，而非接地相必須由線電壓瞬間恢復(fù)到正常相電壓水平。但是，由于接地故障已斷開，非接地相在接地期間已經(jīng)充電至線電壓下的電荷，只有通過高壓繞組經(jīng)其原來接地的中性點進(jìn)入大地。這一瞬變過程中，高壓繞組中將會流過一個幅值很高的低頻飽和電流，使鐵芯嚴(yán)重飽和。當(dāng)對地電容較大、間歇性弧光接地或接地消失時，健全相對地電容中貯存的電荷將重新分配，它將通過中性點接地的互感器一次繞組形成放電回路，構(gòu)成低頻振蕩電壓分量，促使鐵芯處于飽和狀態(tài)，形成低頻飽和電流。其在單相接地消失后1/4～1/2工頻周期內(nèi)出現(xiàn)，電流幅值可遠(yuǎn)大于分頻諧振電流（分頻諧振電流約為額定勵磁電流的百倍以上），頻率約2～5 Hz[2]。因為產(chǎn)生分次諧波諧振時，盡管過電壓不太高，但因諧振頻率低，引起鐵芯嚴(yán)重飽和，勵磁電流迅速增大，燒毀電壓互感器。由于具有幅值高、作用時間短的特點，在單相接地消失后的半個周期即可熔斷熔絲。實際上，由于接地電弧熄滅的時刻不同，即初始相位角不同，故障的切除不一定都在非接地相電壓達(dá)到最大值這一嚴(yán)重情況下發(fā)生。因此，不一定每次單相接地故障消失時，都會在高壓繞組中產(chǎn)生大的涌流。而且低頻飽和電流的大小還與電壓互感器伏安特性有很大關(guān)系，鐵芯越容易飽和，該飽和電流就越大，高壓熔絲就越易熔斷。

1.3 電壓互感器一、二次絕緣降低或消諧器絕緣下降

中性點裝有消諧器的電壓互感器正常運(yùn)行時，輔助繞組短路后的高壓繞組中最大電流一般不超過10 mA，輔助繞組中最大電流為1 mA。單相接地時，輔助繞組開口兩端短路，則三相高壓繞組中電流都增大到170～180 mA（接有消諧器）及400～415 mA（未接消諧器），輔助繞組中電流增大到30 mA（接消諧器）及75～80 mA（未接消諧器），通過消諧器的電流也高達(dá)520 mA，此時電壓互感器負(fù)載達(dá)到每臺1 000 V·A及2 400 V·A，而通常10 kV電壓互感器最大熱極限負(fù)荷僅為300～400 V·A[3]。由于互感器的保護(hù)熔絲為0.5 A，雖然高壓繞組中電流達(dá)到0.2～0.4 A，仍低于高壓保護(hù)熔絲的熔斷電流0.5 A，而輔助繞組回路中又沒有熔絲保護(hù)。因此高低壓繞組只有任其加熱，當(dāng)接地持續(xù)一段時間后，高、低壓繞組的絕緣層逐漸燒損，以至短路，電流增大。有的將主絕緣燒穿，造成相間短路，致使高壓熔絲三相熔斷 （揚(yáng)中市供電公司有2座35 kV變電所的壓變就因此原因而燒毀）。消諧器絕緣下降相當(dāng)于壓變的中性點直接接地，起不到消諧的作用。

1.4電壓互感器X端絕緣水平與消諧器不匹配

互感器的X端絕緣通常有全絕緣和半絕緣2種，全絕緣（JDZJ型）的電壓互感器X端耐受電壓與首端相同，半絕緣（JCZX型）的電壓互感器X端工頻耐受電壓為3 kV。對X端為半絕緣的中性點消諧器的選擇，必須能在電網(wǎng)正常運(yùn)行和受到大的干擾后，均使X端電壓限制在其絕緣允許范圍內(nèi)，否則X端子就有可能對地放電，造成一次繞組電流增大，熔絲熔斷。

1.5雷雨天氣的影響

10～35 kV架空線路，在雷云電荷的作用下，三相導(dǎo)線都感應(yīng)相同數(shù)量的束縛電荷。當(dāng)雷云放電時，三相導(dǎo)線上的束縛電荷向線路兩側(cè)運(yùn)動，對變電站形成侵入波。該侵入波的電壓并不高，因為高壓熔絲熔斷時避雷器并未動作。熔絲熔斷是發(fā)熱的結(jié)果，電流發(fā)熱的功為P=I2Rt，電流的幅值I是最為重要的因素，還與熔絲電阻R及電流的持續(xù)時間t有關(guān)。只有電流的幅值高且持續(xù)時間又長的侵入波，才會使高壓熔絲熔斷，而大部分侵入波都不同時具備此2種條件。故大多數(shù)雷暴天氣，雷擊引起高壓熔絲熔斷仍是個小概率事件。

2防止熔絲熔斷對策

采用高容量的消諧器，使用低磁密、高飽和、全工況類的電壓互感器以及增大熔斷器的容量可以防止該類故障的發(fā)生。但安裝消諧器后，電壓互感器開口三角電壓升高較多，有的高達(dá)10～15 V。這是因為消諧器安裝在中性點與地之間，消諧器上的電壓是由互感器的勵磁電流產(chǎn)生的，而消諧器上的電壓是作用于三相電壓互感器的零序回路[4]。針對這個問題，作如下分析。

（1）三相電壓互感器本身的伏安特性不一致，導(dǎo)致三相勵磁電流中的基波向量和不為0，此時消諧器上則有一定的基波電壓，且該電壓無法消除，若三相電壓互感器本身的伏安特性相差過大時，就會造成開口三角電壓升高很多，但是這種情況比較少。

（2）串接消諧器后，由于電壓互感器本身的勵磁特性，導(dǎo)致消諧器上產(chǎn)生一定的三相諧波電壓，當(dāng)勵磁特性正常時，產(chǎn)生的開口三角電壓一般可以接受，勵磁特性較差時，開口三角電壓過高，甚至有可能達(dá)到不能接受的程度。

（3）由于在零序電壓回路串聯(lián)消諧器，使鐵磁諧振過電壓的大部分電壓降落在消諧器上，從而避免了鐵芯飽和，限制了鐵磁諧振過電壓的發(fā)生。正常運(yùn)行時此消諧器電阻值大于450 kΩ （取0.3 mA峰值零序電流試驗），單相接地時電阻值大于180 kΩ（取3 mA峰值零序電流試驗），為的是抑制低頻飽和電流[4]。

解決鐵磁諧振的措施有：選用勵磁特性較好的電壓互感器或使用電容式電壓互感器；增大對地電容，破壞諧振條件；在中性點或開口三角繞組處加裝消諧器。

2008年，35 kV長旺變電站系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障，持續(xù)時間為20 min。一DTSD341電能表燒毀，電壓互感器中性點與地之間電壓為1 200 V，電壓表指示一相近似為0，其他兩相超出電壓表量限，初步斷定電壓互感器高壓側(cè)熔絲有一相熔斷或匝間短路。經(jīng)試驗，電壓互感器正常，高壓側(cè)C相熔絲熔斷，更換熔絲和電能表后，恢復(fù)正常。造成此次事故的原因是一條10 kV線路的C相一瓷瓶擊穿，出現(xiàn)間歇性弧光接地。這是一個由于間歇性弧光接地所引起的鐵磁諧振過電壓，而導(dǎo)致電壓互感器熔絲熔斷的典型案例。后來在檢修中，在一次側(cè)更換成LXQII型高容量的消諧器，并在保護(hù)屏上進(jìn)行微機(jī)二次消諧。至今，雖然線路偶有單相接地發(fā)生，但再也沒有發(fā)生過熔絲熔斷的故障。

3結(jié)束語

綜上所述，熔絲熔斷的主要原因是由諧振引起的。在技術(shù)上可以通過改變系統(tǒng)參數(shù)消除諧振，如：增大電容，減少容抗或改良電磁式電壓互感器的伏安特性，使容抗和感抗之比小于0.01，使系統(tǒng)處于一個較合理的參數(shù)范圍之內(nèi)。實際運(yùn)行中采取在電壓互感器的一、二次側(cè)同時加裝阻尼安裝高容量消諧器等措施，使諧振有效地消除。

[1]張緯鈸.過電壓防護(hù)及絕緣配合[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

[2]陳 珩.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析[M].第2版.北京：中國電力出版社，2000.

[3]DLT620—1997，交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合[S].

[4]岳健民.6～35 kV壓變中性點用消諧器的性能分析[C].全國過電壓學(xué)術(shù)討論會論文集，1997.