保定供電公司 王立兵 馮正軍 劉 釗

1 PT爆保險(xiǎn)的原因

電磁式電壓互感器廣泛應(yīng)用于10、35kV等不接地系統(tǒng)，不接地系統(tǒng)的一大特征就是整個(gè)系統(tǒng)，只有電磁式電壓互感器中性點(diǎn)這個(gè)唯一的金屬對(duì)地通道。

為防止電壓互感器燒壞，在其一次側(cè)裝有保險(xiǎn)管，電流為0.5A，當(dāng)電流超過(guò)0.5A時(shí)，保險(xiǎn)熔斷，將電磁式電壓互感器從系統(tǒng)切除，避免互感器一次繞組燒壞。實(shí)際上，以一臺(tái)額定電壓10/0.1kV的電壓互感器來(lái)說(shuō)，額定電壓下的勵(lì)磁電流若為0.3A，則換算到一次，電流約為0.003A，遠(yuǎn)小于0.5A。因此導(dǎo)致保險(xiǎn)熔斷的最基本的原因就是，通過(guò)PT一次繞組的電流急劇增加，超過(guò)了0.5A。

導(dǎo)致電流增加的原因，可以歸納為以下幾點(diǎn)：1）單相接地誘發(fā)鐵磁諧振、系統(tǒng)諧波侵入、過(guò)電壓侵入等原因誘發(fā)了PT鐵芯飽和，導(dǎo)致阻抗急劇變小，電流激增。2）PT本身故障，如二次短路、一次絕緣擊穿等，導(dǎo)致PT一次電流增加。3）系統(tǒng)發(fā)生單相接地，當(dāng)接地消失時(shí)，產(chǎn)生的低頻飽和電流，超過(guò)了保險(xiǎn)的承受值，導(dǎo)致保險(xiǎn)熔斷。分別闡述如下。

1.1 鐵芯飽和導(dǎo)致電流激增

誘發(fā)鐵芯飽和的基本原因可歸納為兩點(diǎn)，一是電壓升高，超過(guò)了PT的勵(lì)磁特性曲線的飽和點(diǎn)，導(dǎo)致鐵芯飽和。二是系統(tǒng)有低頻諧波侵入，導(dǎo)致鐵芯飽和。

關(guān)于電壓升高導(dǎo)致鐵芯飽和的幾點(diǎn)原因。一是單相接地，接地相電壓為零，但另兩相電壓升高至線電壓，根據(jù)例行試驗(yàn)，目前有一部分PT的勵(lì)磁特性曲線拐點(diǎn)甚至還達(dá)不到線電壓，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致非接地相PT鐵芯飽和。二是過(guò)電壓的侵入，比如雷電波侵入，操作過(guò)電壓，單相接地時(shí)的弧光過(guò)電壓等，導(dǎo)致PT一次電壓升高，鐵芯飽和。在鐵芯飽和的初期，電流并不會(huì)增加到保險(xiǎn)的熔斷值，但鐵芯一旦開(kāi)始飽和，其感抗值就開(kāi)始下降，在其它因數(shù)作用下，當(dāng)下降到一定程度，和系統(tǒng)中其它電容參數(shù)達(dá)到匹配，即發(fā)生鐵磁諧振，導(dǎo)致電壓近一步升高，感抗值近一步下降，電流值越來(lái)越大，并最終導(dǎo)致PT保險(xiǎn)熔斷。嚴(yán)重時(shí)，甚至可能引起互感器燒毀。

1.2 PT本身問(wèn)題引起保險(xiǎn)熔斷

PT本身問(wèn)題，如二次短路、一次絕緣擊穿。二次短路，會(huì)造成一、二次繞組中電流增加，導(dǎo)致保險(xiǎn)熔斷，嚴(yán)重時(shí)燒毀PT。一次絕緣擊穿，形成單相或多相接地，故障電流流過(guò)PT一次，導(dǎo)致保險(xiǎn)熔斷。

1.3 低頻震蕩電流

系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，三相對(duì)地線路及相間電容充滿了電荷，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，接地相電荷釋放，非接地相電壓升高至線電壓，非接地相對(duì)地電容儲(chǔ)存的電荷會(huì)再分配。當(dāng)接地消失時(shí)，三相電壓恢復(fù)正常，對(duì)地電容電荷會(huì)再次進(jìn)行分配，在這個(gè)瞬變的過(guò)程中，相當(dāng)于充滿電荷的電容突然合閘到電感回路上，引起涌流，該電流通過(guò)PT一次繞組，造成保險(xiǎn)熔斷。

2 目前電力系統(tǒng)中消諧措施

2.1 4PT

所謂4PT,就是在三相Y形連接的電磁式電壓互感器的中性點(diǎn)再加裝一只電壓互感器。其優(yōu)點(diǎn)一是增加零序阻抗；二是在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)產(chǎn)生的零序電壓主要加在零序電壓互感器上，原PT只反應(yīng)正序電壓，無(wú)論是原星形接線PT還是新加裝的零序電壓互感器PT 鐵芯都將很難進(jìn)人飽和區(qū)而產(chǎn)生諧振過(guò)電壓。當(dāng)系統(tǒng)接地故障消失后，健全相積累的電荷必須經(jīng)電壓互感器（其中性點(diǎn)接地）對(duì)地放電，使電壓恢復(fù)到正常電壓?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和理論分析表明，這個(gè)暫態(tài)過(guò)程所產(chǎn)生的電流比正常電流大很多倍，可導(dǎo)致高壓熔斷器熔斷。這種放電電流頻率很低，幅值很大，一般稱為超低頻振蕩電流，該電流的危害目前在系統(tǒng)中很普遍（因?yàn)橄到y(tǒng)電容比以往大很多），當(dāng)中性點(diǎn)經(jīng)零序電壓互感器接地后，由于零序電壓互感器的電阻和高電抗使超低頻振蕩電流幅值得到有效的抑制，因此采用4PT接線抑制這種超低頻振蕩電流幅值是一種有效的措施。

較常規(guī)的4PT開(kāi)口三角形是由PT三相繞組順極性串接并與第4支PT二次繞組順極性連接而成。這種接地的優(yōu)點(diǎn)是，正常情況下4PT的接入基本不影響相間電壓、相電壓的測(cè)量；電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)，由于零序電壓加于PT+4PT一次繞組上，因此在調(diào)整4PT變比后，仍可得到檢測(cè)接地故障有較高的靈敏度。這種接地存在的最大問(wèn)題是，因原PT無(wú)法提供三次諧波勵(lì)磁電流，三相平頂波勵(lì)磁電流作為4PT的勵(lì)磁電流，所以在4PT的二次側(cè)會(huì)出現(xiàn)較大的以三次諧波電壓為主的不平衡電壓，嚴(yán)重時(shí)會(huì)虛報(bào)出假的接地故障信號(hào)。

為克服這種接線存在的問(wèn)題，可將PT的三角形繞組短接，3U0直接取自4PT的二次電壓。由于三角形繞組短接，提供了原PT三次諧波勵(lì)磁電流通路，從而使4PT二次的不平衡電壓大為減小。

這種改進(jìn)型接線存在的最大問(wèn)題是，電網(wǎng)發(fā)生單相接地或PT一次側(cè)發(fā)生斷線故障時(shí)，產(chǎn)生的零序電壓加于PT+4PT的一次繞組上，若4PT的阻抗不是很大，則PT一次繞組上就有一定數(shù)值的零序電壓，注意到開(kāi)口三角形繞組處于短接狀態(tài)，則三角形繞組中將有較大的環(huán)流，如不及時(shí)處理，就有可能燒毀PT或發(fā)生PT爆炸的嚴(yán)重事故。此外，由于PT具有一定的零序阻抗，3U0并不能完全反應(yīng)一次側(cè)零序電壓的大小，相當(dāng)于降低了接地故障檢測(cè)的靈敏度。

為克服第二種接線存在的問(wèn)題，對(duì)4PT作特殊處理，其特點(diǎn)是4PT具有極高的阻抗，是普通PT阻抗的數(shù)十倍。該接線具有第二種接線的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地或PT一次側(cè)發(fā)生斷線故障時(shí)，因4PT阻抗甚大，所以零序電壓幾乎全部加在4PT上，這樣一方面保證了原PT運(yùn)行的安全；此外4PT的二次電壓也幾乎完全反應(yīng)了一次側(cè)零序電壓的大小。

這種接線方式在運(yùn)行中注意的一個(gè)問(wèn)題是，電網(wǎng)單相接地伴隨超低頻振蕩時(shí)，由于頻率大幅度降低，導(dǎo)致4PT阻抗嚴(yán)重下降，從而使原PT上的零序電壓升高，三角形繞組環(huán)流增大，仍有可能發(fā)生燒毀PT的事故。從安全角度出發(fā)，建議三角形繞組經(jīng)適當(dāng)電阻后短接。

綜合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，4PT在運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生PT燒毀事故，我單位已基本將4PT進(jìn)行了更換。

2.2 消諧器

消諧器實(shí)際是一種高容量非線性電阻器，起阻尼與限流的作用?？梢云鸬搅己玫南拗齐妷夯ジ衅麒F磁諧振的效果。在不接地系統(tǒng)中，母線上Y接線的電壓互感器一次繞組，成為該電網(wǎng)對(duì)地唯一金屬性通道。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，電網(wǎng)對(duì)地電容通過(guò)電壓互感器一次繞組有一個(gè)充放電的過(guò)渡過(guò)程，試驗(yàn)測(cè)得此時(shí)常常有最高幅值達(dá)數(shù)安培的工頻半波涌流通過(guò)電壓互感器，此電流有可能將電壓互感器高壓熔絲熔斷。而安裝了消諧器后，這種涌流將得到有效抑制，高壓熔絲不再因?yàn)檫@種涌流而熔斷。同時(shí)，使用一次消諧器，也避免了4PT帶來(lái)的種種問(wèn)題。

消諧器主要材料為Si C，使用金屬連接件進(jìn)行連接。消諧器主要參數(shù)有：通過(guò)0.3mA（峰值）電流的電壓及阻值，通過(guò)3mA（峰值）的電壓及阻值，通流能力，功率，兩端限制電壓等。其中最重要的是通流能力，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮配合PT的中性點(diǎn)絕緣及PT高壓熔絲容量進(jìn)行選型。

選取消諧器的型號(hào)除了與PT所在電網(wǎng)的額定電壓有關(guān)外，還與PT高壓繞組尾端（X端）的絕緣等級(jí)有關(guān)。由于消諧器是串接在PT一次繞組中性點(diǎn)與地之間的非線性阻尼器件，其非線性特征使消諧器在正常工作電流段具有一定阻值，從而有效的限制高壓涌流和鐵磁諧振?？墒钱?dāng)電網(wǎng)發(fā)生異常的大電流時(shí)（如雷擊、電網(wǎng)斷線諧振），會(huì)產(chǎn)生一個(gè)比較大的電壓，如果PT尾端絕緣等級(jí)不高，就有可能損壞PT的尾端絕緣。因此根據(jù)X端絕緣情況選用合適的消諧器。

2.3 消弧線圈

消弧線圈安裝的目的，是為了抑制弧光接地過(guò)電壓。當(dāng)消弧線圈投運(yùn)時(shí)，相當(dāng)于除了電磁式電壓互感器外，系統(tǒng)又多了一個(gè)金屬接地點(diǎn)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，由于消弧線圈的阻抗小于PT，因此低頻震蕩電流大部分通過(guò)消弧線圈，而通過(guò)PT的電流較少，不會(huì)引起保險(xiǎn)的熔斷。

3 PT運(yùn)行中爆炸的原因

關(guān)于PT運(yùn)行中發(fā)生爆炸的原因，應(yīng)從電壓、電流兩方面作用去考慮。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地、過(guò)電壓侵入、低頻諧波侵入等情況時(shí)，一方面引起鐵芯飽和，勵(lì)磁電流增加，但未超過(guò)保險(xiǎn)的熔斷值，且該電流一直長(zhǎng)時(shí)間存在時(shí)，勢(shì)必引起發(fā)熱的持續(xù)增加。另一方面，若誘發(fā)了鐵磁諧振，導(dǎo)致過(guò)電壓發(fā)生，但未超過(guò)避雷器的動(dòng)作電壓，該電壓長(zhǎng)時(shí)間作用在絕緣上，導(dǎo)致泄漏電流增加、發(fā)生內(nèi)部放電，引起發(fā)熱的持續(xù)增加。兩方面共同作用，會(huì)導(dǎo)致PT最終炸毀。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，目前減少電磁式電壓互感器一次保險(xiǎn)熔斷最好的方式是消諧器配合消弧線圈使用，消諧器可以有效避免鐵磁諧振導(dǎo)致的電流增大問(wèn)題，消弧線圈可以有效的避免低頻震蕩電流導(dǎo)致的保險(xiǎn)熔斷問(wèn)題。

[1]王世旭,王坤,連經(jīng)斌.小電流接地系統(tǒng)4PT消諧問(wèn)題的探討[J].華中電力,2010,5:43-46,51.