500kV变电站（换流站）备用电源高压保险熔断故障原因分析及治理措施

刘晓芳，黄铮

（国网湖北省检修公司鄂中运修分部，湖北武汉420030）

500kV变电站（换流站）备用电源高压保险熔断故障原因分析及治理措施

刘晓芳，黄铮

（国网湖北省检修公司鄂中运修分部，湖北武汉420030）

针对500kV变电站（换流站）备用电源电压互感器多次发生故障，甚至引起电压互感器烧毁的事故。通过对八个变电站备用电源进线电压互感器的多次故障情况进行统计分析；研究分析中性点不接地系统高压保险异常熔断原因；提出综合治理措施方案，实际运行表明，对于铁磁谐振等原因引起电压互感器高压保险熔断故障，抑制效果非常有效。

铁磁谐振；备用电源；高压保险熔断；非线性电阻

0　引言

在500kV变电站（换流站）备用电源通常采用中性点不接地方式，实际运行过程中，多次发生电压互感器高压保险熔断故障，甚至引起电压互感器烧毁的事故。由于没有深入分析高压保险异常熔断故障原因，而且在不同环境和运行条件下，其故障原因有所不同，只有准确分析原因，才能采取有效的治理措施。

1　备用电源电压互感器故障统计

对八个变电站备用电源进线电压互感器62次故障情况进行统计，其中58次出现在未采取消谐措施的变电站，而电压互感器高压保险熔断故障54次占86%，由此可见电压互感器高压保险熔断是最常见的故障现象。例如：朝阳变#0站用变保护CSC-241C电压互感器断线或失压动作后，对整个所用电系统以及江南线终端塔进行了检查，均无异常，对侧母线电压正常。检查确定为13MPT C相一次保险熔断。

2　备用电源电压互感器高压保险熔断原因分析

造成高压保险熔断的原因可能为系统故障、电压互感器自身故障、操作故障等。500kV变电站备用电源进线系统均为中性点不接地系统，该系统有大量的储能元件，如电压互感器、变压器等电感元件及线路对地电容等电容元件，其系统的暂态特性是导致站用电系统事故的直接原因。系统中可能对站用电设备造成系统暂态冲击的主要因素有：①铁磁谐振过电压；②低频饱和电流；③电压互感器入口电容的冲击电流。2.1铁磁谐振过电压

研究表明引起铁磁谐振过电压的条件为：①系统电网中性点对地绝缘；②电压互感器一次绕组中性点直接接地；③系统电网的对地电容与互感器的励磁电感相匹配，且初始感抗应大于容抗；④具有一定的外界激发”条件。500kV变电站（换流站）备用电源系统正常运行时满足上述前三个条件，且因其在系统中发挥备用电源作用，此类空载母线或送电线路的突然合闸操作较多，且线路普遍较长，多处于雷区，单相故障频发，外界“激发”条件极易出现，故发生铁磁谐振的几率非常高。

对架空线路的电容电流估算公式为：IC=(2.7～3.3)UL×L×10-3（其中UL为线路的额定线电压；L为架空线路的长度，当线路有、无避雷线时，系数分别为3.3与2.7）。根据欧姆定律，电容电流还可以写成IC= 3×Up×103/Xc（其中Up为线路的额定相电压；Xc为架空线路的单相对地容抗）。由此可以求得Xc=1.732× 106/(2.7～3.3)L，可以看到，若Xc/XL＜0.01时（XL为架空线路的感抗），不发生谐振，相应的线路长度应为大于52.48/XL（按架空线路有避雷器取3.3系数）。经计算表明我公司变电站极易发生铁磁谐振，且大都为分频谐振和基波谐振。

2.2低频饱和电流

在中性点不接地备用电源系统中，系统对地电容较大，当接地故障消失，健全相对地电容通过电压互感器接地的中性点形成回路，构成低频振荡电压分量，促使电压互感器始终饱和，因而形成低频饱和电流。它在单相接地消失后1/4～1/2工频周期内出现，一个幅值很高的低频饱和电流将在电压互感器一次绕组中流过，导致铁心严重饱和，引起高压保险熔断。

2.3电压互感器入口电容的冲击电流

冲击电压下的电磁式电压互感器等效电路如图1所示。一次绕组含有电感L，对地电容Cg，纵向电容Cs，在冲击电压下，当冲击波头时间较小时L的电抗值很大，流过电感的电流极小，这时的电压互感器等效为一个入口电容，流过的冲击电流较大。

图1　电磁式电压互感器在冲击电压下等值电路图

3　治理500kV变电站（换流站）备用电源电压互感器高压保险熔断的综合措施

根据本公司各变电站的实际情况，采取电压互感器一次侧安装非线性电阻和提高高压保险容量相结合的综合治理措施。

3.1电压互感器一次绕组中性点和地之间安装非线性电阻

在电压互感器一次绕组中性点和地之间安装非线性电阻，它的接入相当于在电压互感器一次侧每相对地都接入电阻，能消除或阻尼电压互感器铁磁谐振的发生，还能限制单相接地故障消失时在电压互感器一次绕组回路中产生的低频饱和电流。非线性电阻10mA的电阻值R与电压互感器额定励磁电抗Xm之比大于0.06，即R≥0.06Xm，即可消除振。由于非线性电阻接入到零序回路，电压互感器开口三角两端零序电压会有所减小，而500kV变电站（换流站）备用电源对零序电压的监控要求不高，采用这种方案非常合理，安装电气示意图见图2。

图2　安装非线性电阻时电气示意图

3.2适当提高电压互感器一次侧高压保险的容量

当备用电源系统电压互感器安装的非线性电阻，不能限制雷击时通过入口电容的冲击电流，只能适当提高电压互感器一次侧高压保险的容量,0.5A容量提高到1～2A。当发生单相接地时，保护动作，故障相高压保险流流过电流为零，而健全相高压保险将会流经的激磁电流为稳态电流，小于0.05A，故0.5A与1A的高压保险没有区别，不会对系统保护产生影响。当故障发生在电压互感器内部，时间会很短，形成对高压保险造成冲击的很大暂态电流，0.5A与1A的高压保险都会熔断。因此，适当提高电压互感器一次侧高压保险的容量，对现有系统接地保护和电压互感器保护都没有影响。

4　500kV变电站（换流站）备用电源综合治理措施的实施效果

仙女山变电站的备用电源35kV进线，互15PT一次绕组中性点和地之间安装消谐器LXQIII-35，35kV侧额定电流0.5A的高压保险全部更换为额定电流1A的。最近一次系统接地故障为2015年9月10日，35kV长山线带#0所用变为备用电源，热备用状态，A相线路接地故障，监控上传#0所用变高压侧三相电压情况为A：1.44kV；B：36.384kV；C：34.715kV，15分钟后#0站用变高压侧电压恢复正常，互15PT无故障报警。

5　结束语

针对500kV变电站（换流站）备用电源电压互感器高压保险频繁发生异常熔断现象，本文提出的电压互感器一次侧安装非线性电阻和适当提高电压互感器高压保险容量相结合的综合治理措施，在工程中得到了应用，实际运行表明，抑制效果非常有效。

［1］周丽霞，尹忠东.中性点不接电网中铁磁谐振的分析与抑制研究［J］.四川电力技术：2005（4）：11-14.

［2］葛栋.配电网电磁式电压互感器饱和引起的过电压及过电流的计算分析与抑制措施研究［D］.武汉：武汉大学，2004．

［3］郑鹏鸱.配电网综合消谐措施的探讨［J］.电力设备：2005（5）：12-13.

刘晓芳（1974-），女，高级工程师，本科，从事变电运维工作；黄铮（1983-），男，工程师，本科，从事变电运维工作。