电压互感器二次接线错误引起的故障分析

（广西水利厅 凤亭河水库管理处，广西 南宁 530232）

【摘 要】电压互感器是电力系统中重要的电器装置，在测量线路电压、功率和电能及保护电气设备方面发挥着重要作用。文章以某水电站10 kV联络线的电压互感器由于二次接线错误引起烧毁的故障实例进行分析。首先介绍事故发生的经过；其次阐述了电压互感器辅助绕组两点接地，造成电压互感器烧毁，对电压互感器开口三角两点接地表现的故障现象进行分析；最后提出了避免电压互感器安装错误的防范措施，提示相关人员今后在新安装设备时必须按规程认真检测，保证设备和人身安全，减少损失。

【关键词】电压互感器；二次回路短路；事故分析；防范措施

【中图分类号】TM451 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）04-0082-03

1 事故经过

某水电站的10 kV联络线的电压互感器于2015年6月2日被雷击而损坏，于是更换型号为JDZXF-12 W的3个单相电压互感器，安装前按照规程规定测极性、连接组别、摇绝缘、核相序等，按YN/yn/d0接成二次线圈，其二次绕组用于测量相间电压和相对地电压，二次侧装设了熔断器，辅助绕组接成开口三角形，供接入交流电网继电器及绝缘监视仪表使用。接线完成后，技术人员对电压互感器端子到继电保护屏联线的回路进行电阻测量，测量结果无异常，于20时52分投入运行，电压表显示相电压为6.3 kV，线电压为10 kV，三相电压平衡，但并未对开口三角的电压进行检测，21时05分，技术人员撤离现场，21时52分，值班人员汇报UC相电压为0 kV，UA、UB相电压均为4 kV，随后UA、UB相电压为0 kV，值班人员立即分开线路，发现现场B、C相电压互感器已烧毁。

2 事故分析

10 kV是小电流接地系统，当系统发生单相接地故障时，假如有C相接地，C相一次绕组电压为零，A、B兩相一次绕组的电压上升为线电压，则二次绕组相电压也升高根3倍，而开口三角形两端电压为3倍U0电压（100 V），电压继电器会就会动作，继电器的动作会使得主控室发出接地报警信号，值班人员会看到3个电压表中，C相电压表指示为零，A、B两相指示为线电压，则马上做出初步分析和判断，线路有接地现象，因此将线路断开，当断开故障线路时，接地故障信号瞬间消失。在小电流接地系统中，单相接地是一种常见的故障，发生单相接地后，故障相对地电压降低，非故障两相的相电压升高，但线电压却依然对称，因此不影响对用户的连续供电，系统可运行2 h，这也是小电流接地系统的最大优点，并不会导致电压互感器烧毁。但是，本案例中C相电压为零，A、B相电压为4 kV，且接地信号未报警，这些现象和单相接地故障现象不一样，由此判断线路可能未发生单相接地故障。在一般情况下，电压互感器接线是不会有问题的。在电压互感器接线正确的前提下，也不会出现这样的故障现象。那么，如果电压互感器接线错误，开口三角两端的端子接反或开口三角绕组中有一相或两相绕组的极性接反，就会造成电压表指示错误，则发生故障时继电器不动作。

3 电压互感器接线正确的情况

在一般情况下，3台单相电压互感器一次绕组和主二次绕组接成星形，辅助二次绕组接成有零序电压输出的开口三角形，而需要输入零序电压的接地保护及信号等装置，则接入开口三角形输出两端。当电网绝缘正常运行时，一、二次电压回路的三相电压均是对称的，并互差120°，开口三角形两端输出为三相电压的矢量和，即为零。由此得知，一次系统当C相接地，二次侧开口三角形的C相绕组电压降到零，A、B两相绕组电压升高到线电压，开口三角形两端电压出现100 V电压，启动电压继电器，发出接地报警信号。

中性点不接地系统，当系统遭到一定程度的冲击扰动，就激发起铁磁共振现象，由于谐振过电压、间歇性弧光接地过电压的存在，会导致接地电压互感器烧毁或使电压互感器的高压保险熔断，故障现象是电压互感器相对地电压增高，各相电压严重不平衡，一或两相电压升高超过线电压，开口三角出现高电压导致报警系统报警。本案例中出现的电压变化和铁磁谐振的电压变化不一样，可排除是铁磁谐振故障。

测量A、B、C相电压互感器高压保险，A、B相电压互感器高压保险完好，C相电压互感器高压保险熔断，经检查A相电压互感器完好。观察3台电压互感器二次侧接线发现，B、C相电压互感器辅助绕组的接线重复接地。电压互感器的二次回路必须有一点接地是为了人身和设备的安全。绝缘损坏使高压窜入低压时，对在二次回路上的工作人员将构成危险，而且二次回路绝缘水平低，若没有接地也会被击穿，使绝缘损坏更严重，但接地点是唯一的。

电磁感应式电压互感器的主要结构和工作原理与变压器相似，基本结构也是铁心和原、副边绕组，只是容量较小，通常仅有几十或几百伏安。它的功能是把高电压按一定的比例变或换为低电压，使得其二次侧能够准确地反映一次侧高电压的实际情况，较好地解决了高电压测量困难的问题。同时，由于它可靠地隔离了高电压，从而保证了工作人员的人身安全和设备安全。此外，电压互感器是将不同等级的一次高电压一律变换为100 V的二次电压。

根据公式U1/U2=N1/N2=Ku，式中U1为原边电压；U2为副边电压；N1为原边线圈匝数；N2为副边线圈匝数；Ku为电压互感器的额定变比。

可知，电压互感器原边线圈匝数N1很多，并接于被测高压电网上，而副边线圈匝数较少，根据能量守恒原理可知，P=UI的总值是固定的，原边的电压很大，电流很小，而副边的电压很小，那么电流肯定很大。电压互感器正常运行时，由于二次负载是测量仪表和继电器电压线圈，它们的阻抗很大，因此二次电流很小，电压互感器接近于空载状态，互感器本身通过的电流很小，它的大小决定于二次负载阻抗的大小，当互感器二次發生短路时，会产生很大的短路电流。此次事故中，B、C相的电压互感器辅助绕组同时接地，即B、C相辅助绕组短路，产生巨大的电流，大电流就意味着发热量巨大，最终导致B、C相的电压互感器烧毁。值班人员看到UC电压表指示为零，UA、UB电压表不指示线电压，电压继电器不动作，保护没有发出接地报警信号，是由于二次回路出现故障，造成二次过电流，引起了C相电压互感器高压保险熔断，而不是线路单相接地的故障。UA、UB相电压降为4 kV，最后降为零，是B、C相的电压互感器烧毁过程的表现，由于接地点在C相电压互感器辅助绕组，所以即使A相电压互感器没损坏，但A相电压也显示为零。

开口三角形端电压等于三相对地电压的向量和，即Uax=Ua+Ub+Uc=3U0。当三相对地电压平衡时，向量和等于零。由于三相绕组的绕制不可能完全一致，实际测量时，在三相对称条件下，开口三角形两端大约存在10 V的电压，但不能仅依靠测量3U0的值来判断接线是否正确，更不能只是通过检查二次侧绕组的阻值来判断电压互感器二次接线的正确性。本次事故就是简单地测量电压互感器的二次绕组阻值，用来判断二次绕组接线的正确性，结果导致了电压互感器烧毁的事故。

4 防范措施

（1）更换电压互感器时，电压等级与电网运行电压相符，选用与原电压相同、极性正确、励磁特性相近的电压互感器，并经试验合格。

（2）电压互感器的接线应保证正确性，一次绕组和被测电路并联，二次绕组应和所接的设备电压线圈并联，同时要注意极性的正确性、接地必须良好、空闲绕组必须良好绝缘，必须检查核对每一根线，确保接线正确。电压互感器的外壳和二次回路的一点也应良好接地，若因二次线圈未做安全接地，万一绝缘损坏，高压窜入低压，则与二次回路接触的工作人员将有生命危险。

（3）接在电压互感器二次側负荷的容量应合适，接在电压互感器二次侧的负荷不应超过其额定容量，否则，会使互感器的误差增大，难以达到测量的正确性。

（4）电压互感器二次侧不允许短路。由于电压互感器内阻抗很小，若二次回路短路时，会出现很大的电流，将烧毁电压互感器甚至危及人身安全。电压互感器可以在二次侧装设熔断器以保护其自身不因二次侧短路而损坏，开口三角形的出线上一般不装设熔断器，这是为了避免接触不良而不发出接地信号。因为平常开口三角形的端头无电压，所以无法监视熔断器的接触情况。此外，一次侧装设熔断器以保护高压电网不因互感器高压绕组或引线故障而危及一次系统的安全。

（5）电压互感器投入使用前，要测量相及相间电压是否正常、相序是否是正相序且确定相位的正确性。

（6）在电磁式电压互感器一次绕阻中性点（N）与地之间安装消谐器，起阻尼与限流的作用，可使电压互感器避免谐振過电压，给设备运行增加一层防护。对于电网中性点不接地母线上Y0接线的电压互感器一次绕组，成为该电网对地唯一金属性通道。电网对地电容通过电压互感器一次绕组有一个充放电的过渡过程。这种慢变过程使电压互感器铁芯深度饱和，当电网接地消失时，电压互感器一次绕组中会出现数安培幅值的涌流，将电压互感器高压保险熔断。即使这种涌流尚未达到熔断器的熔断值，但仍超过电压互感器额定电流，长时间处于过电流状态下运行的电压互感器也会被烧毁，继而引发其他事故。而安装了消谐器后，这种涌流将得到有效抑制，高压保险不再熔断。

5 结语

本文有针对性地对该起电压互感器烧毁事故进行分析，查找出故障原因，并提出防范措施。电压互感器二次接线虽然不复杂，但接完线后必须认真核查每一根线，不能过分自信。同时，值班人员发现设备有异常时，要迅速做出正确的判断，采取有效的措施，保证人身和设备的安全。此外，提醒人们安装新电气设备时，必须按规程认真检查，排除安全隐患，确保电力系统安全稳定运行。

参 考 文 献

[1]梁惠盈，齐立新，万英.电力系统运行实用技术问答万千云[M].北京：中国电力出版社，2005.

[2]林虔，丁毓山，赵作述.继电保护工[M].北京：中国水利水电出版社，2009.

[3]步丰盛.高压电工实用技术问答[M].北京：机械工业出版社，2002.

[4]齐郑，董迪，杨以涵.中性点不接地系统铁磁谐振与单相接地辨识技术[J].电力系统自动化，2010，34（1）.

[责任编辑：陈泽琦]

【作者简介】余冬梅，女，广西合浦人，广西水利厅凤亭河水库管理处工程师，从事电站电气设备的管理、检修、大修及技术改造等工作。