10kV电压互感器高压熔丝频繁熔断原因解析及处理预控措施

苏大华

摘 要：针对江门电网地区10kV电压互感器高压熔丝频繁熔断的现象展开故障分析，结合变电站电压互感器运行的实际情况给出了故障原因，即：系统发生铁磁谐振或超低频振荡，产生过电压和过电流，导致电压互感器的熔丝熔断或者损伤。并提出相应的预控措施，以达到消除故障，提高电网运行质量的目的。

关键词：电压互感器；高压熔丝；铁磁谐振

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.036

1 电压互感器运行原理

PT（电压互感器）是电工测量和自动保护装置中使用的特殊双绕组变压器，它是一个降压变压器。基于电磁感应原理，当一次侧接入运行电压时，二次侧的仪表与保护等负载会产生电压感应，因为这些负荷通过二次电流很小，所以其等效是一组比较大的阻抗值，所以在它的运行状态下，相当于空载的变压器。使用PT（电压互感器）可以达到两个目的：一是将整改线路中的重要东西（测量仪表）隔开，以此来降低线路的危险性，保证线路及用电器的安全；二是扩大测量仪表的测量量程。

2 电压互感器损坏及高压熔丝熔断的危害

电压互感器损坏及高压熔丝熔断的危害主要有以下四方面。

（1）PT受到损坏及高压熔丝烧毁多是由于谐振过电压产生的，谐振过电压在10kV系统中是最极其普遍的一种过电压，过电压谐振幅值虽然不高，但它是长期存在的，而且其产生的低频谐波会影响变电站变压器线圈，在其他设备则可能危及设备的绝缘，会使在系统薄弱的绝缘位置发生击穿，造成系统严重的伤害；

（2）在PT受到损坏及高压熔丝烧毁之后，若不立即将其检修，则会造成10kV母线不能分段运行，影响系统运行的稳定性；

（3）在PT损坏或高压熔丝熔断现象的情况下，运行人员将可能会在巡视或者检查设备时受到伤害，产生一定风险；

（4）PT损坏或高压熔丝熔断，会在计量方面难以做到准确计算，因此将会直接对电量造成损失，而且母线也会失去对电压的保护监测，对供电设备的安全运行造成不良影响。

近年来，江门电网频繁发生10kV电压互感器高压熔丝熔断的情况，熔丝的不断熔断不仅增加了运行人员、检修人员的工作量，也加大了系统的运行风险，直接影响到电网的供电可靠性。因此分析10kV电压互感器高压熔丝熔断的原因及如何预控就显得非常必要。

3 故障情况

2012年至2013年8月，江门电网高压熔丝熔断共发生了31起，对这31起故障的运行工况进行统计分析得知，熔丝熔断的故障接近90%是在系统单相接地或雷击的情况下发生，可以认为是由于系统在一定条件下发生铁磁谐振，产生过电压和过电流，导致PT高压熔丝熔断。

4 故障分析

铁磁谐振是电力系统中铁磁元件各自的能量产生振荡的一种形式，是由于铁芯的饱和引起的持续性、低幅值谐振的过电压现象。10kV PT（电压互感器）是一种具有铁心的电感元件，其电感值会随着磁通量的变化而改变，在满足一定条件下尤其系统扰动时如单相接地、雷击等，会产生铁磁谐振过电压，可能激发PT饱和而产生极大的过电流，引起PT高压熔丝熔断[1]。

从PT的消谐措施看，2012-2013年发生的31起故障分布在19个变电站，重复发生（超过2次）高压熔丝熔断的有7个站，其中有6个站未采取一次消谐措施，占比78.95%。采取二次消谐措施的大致上各占一半。而反复发生（超过3次）高压熔丝熔断的110kV大泽站、110kV高头站、110kV深井站均未采取一次消谐措施，大泽站、高头站有二次消谐装置。可见，在PT高压侧中性点串联电阻或单相PT作为一次消谐措施，可有效防止PT烧高压保险，单纯采用二次消谐装置，防止PT烧高压保险的作用有限。

从系统的接地方式看，19个变电站中，中性点经消弧线圈接地系统占了一半以上，高压熔丝熔断累计次数也较少，其中反复发生高压熔丝熔断的、110kV深井站、110kV大泽站、110kV高头站均为中性点不接地方式，由此可推断，系统的中性点经消弧线圈接地能较为有效地抑制PT高压熔丝熔断的频繁发生。

综合上述分析，可以得出结论：（1）PT高压熔丝熔断的主要原因是系统发生铁磁谐振或者超低频振荡，产生过电压和过电流。与2012年相比，2013年发生率呈下降趋势，近几年的统计显示，在江门电网范围，问题不算普遍和严重；（2）二次消谐措施无法有效避免PT高压熔丝在单相接地消失后频繁熔断；（3）系统中性点不经消弧装置接地，反复发生高压熔丝熔断机会较高。

5 预控措施的实施

5.1 选用励磁特性好、不易饱和的PT

PT（电压互感器）的励磁特性是用励磁电压与电流及损耗的一组关系曲线来表示的，反映的是铁芯磁密和硅钢片质量的情况，硅钢片质量较好的铁芯能有助于减少铁磁谐振的发生概率。由于国家标准GB 1207-2006不要求对40.5kV及以下电压等级的电压互感器测量励磁特性，因此10kV电压互感器出厂的励磁特性没有得到有效控制。

系统对PT励磁特性的要求有两个方面：一是励磁电流大小及其随电压变化的变化率；二是励磁特性的一致性，即并列运行的两只或者三只互感器相互间的励磁特性要一样[2]。电压互感器励磁电流随电压的变化率，在目前尚没有明确的规定的情况下，一般认为，在相应电压下的励磁电流不超过额定电压下的5～8倍，三相间的电压互感器在额定电压下的励磁电流最大值与最小值之比不超过1.3倍，同时应尽量采用同一厂家、同一批次、励磁特性相同的PT。

5.2 PT开口三角绕组两端接入电阻或微机消谐器

在PT开口三角绕组两端接入电阻，会导致一次侧电流增大，即是选择的PT容量因此增大。从抑制谐波方面考虑，电阻值越小则效果越明显，但如果PT的过载现象严重，在谐振或单相接地时间过长时，会容易导致熔断器熔丝熔断或PT烧毁。一般来说接入10kV PT开口三角绕组的电阻取16.5～33Ω。

微机消谐器是当谐振发生的瞬时，用电子电路先鉴别高频、基频、分频谐振，然后将三角绕组短接，然后接通强阻尼回路，以达到用阻尼消除谐振的目的，所以具有很好的消谐效果，但是微机消谐器对抑制超低频振荡却不起任何作用，因此它只适用于对地电容较小的系统。

5.3 PT高压侧中性点串联电阻消谐

在三相电压互感器的高压中性点与地之间串接非线性电阻或者10 kΩ级的线性电阻，称为一次消谐。

一次消谐在抑制超低频谐振和铁磁谐振方面都具有较好的效果，而且体积小，安装方便。但是一次消谐会使高压中性点发生位移，造成三相电压不平衡，而且电压互感器二次侧相电压波形中会出现明显的3次谐波，导致相电压测量结果严重失真，同时电压互感器开口角也会滤出3次谐波干扰信息，影响接地信号继电器的整定。另外，由于各电网电容电流大小及接地故障性质等问题，消谐电阻会因过热而损坏，这就要求电阻有很高的热容量。因此一次消谐器的应用也受到限制

5.4 PT 接线方式抑制谐振

在三相PT的一次侧中性点与地之间接一单相零序PT，俗称“4PT”法。近年来，这种方法在变电站得到广泛推广，应用效果好，采用这种方式的优点是在系统发生单相接地时，产生的零序电压主要加在零序电压互感器上，原来的三相PT只反应正序电压，因此无论是原星形接线的PT，还是新加装的零序PT，其铁芯都很难进入饱和区，所以难以产生谐振过电压。但这种方法为了避免虚报接地故障信号、减少零序电流在三角回路发生环流等，相应的PT二次接线有多种，并不统一。

5.5 系统中性点经消弧线圈接地

随着配电网络规模不断扩大，10kV出线总长度增加，加上电力电缆的大量使用，系统对地电容电流也随之增大。采用中性点经消弧线圈接地运行方式，在发生单相接地时，消弧线圈的电感电流可以补偿因单相接地而形成的电容电流，从而使接地电流减小，这样不但降低了电网绝缘闪络接地故障电流的建弧率，也可以有效地减小铁磁谐振过电压的发生概率[3]。

6 结语

经验表明，系统中性点经消弧线圈接地这种方法抑制过电流和过电压的效果最好。目前江门电网143个有10kV出线的变电站中，已在69个站的124段10kV母线上安装了消弧线圈接地装置，建议对各站的电容电流重新测量，根据电容电流数值核实是否需加装消弧线圈及已安装的消弧线圈接地装置是否满需要。

参考文献：

[1]王蕾.浅谈电压互感器常见故障及处理[J].科技创业家，2013（16）.

[2]马利东，杜忠.电压互感器高压熔丝频繁熔断故障原因探析[J]. 农村电气化，2014（09）.

[3]郑鹏鹏.配电网消谐措施的合理选择[J].电气时代，2000（09）.