10kV电压互感器运行故障原因分析及改进措施

高吉国 祝伟圣

摘要：本文主要介绍了10kV互感器在运行中存在的问题及对出现故障的原因进行分析，并提出了改进措施，为相关变电站设备选型提供了实践经验，供运行和检修部门参考。

关键词：互感器；故障原因；改进措施

一、10kV电压互感器运行中存在问题

在中性点不接地系统中，线路单相接地、短路、断线、操作过电压等现象时有发生，这类现象发生时，会使得电压互感器运行中产生铁磁谐振。一旦出现铁磁谐振，过电压、过电流就会产生，过电压、过电流会超出额定标准几倍、几十倍，这就很容易烧损电压互感器。在导线对地电容较大的系统中，其暂态过程极易产生超低频振荡过电流，继而引起高压熔断器熔断。

实践中，工程技术人员进行了多次的实验，采取了很多消谐的措施，主要有改变参数消除谐振产生条件、增加回路阻尼电阻抑制谐振、采用消谐PT（又称）等方式。实际运行中这几种方式都取得了一定效果，以采用四PT措施消除铁磁谐振最为明显，尤其是在10kV电压互感器运行中消谐效果突出。

2000年以来，随着设备的更新改造，10kV设备已经基本实现无油化、小型化，10kV互感器采用环氧树脂浇注式。但此类型电压互感器的广泛使用，又带来了新的问题，当10kV线路单相接地运行时间较长时，系统中极易出现10kV电压互感器烧损故障，甚至殃及临近的开关柜，严重影响了电网安全稳定运行。

二、10kV电压互感器运行故障原因分析

（一）四PT接线方式的运行特点

电压互感器运行中之所以会发生铁磁谐振，在于铁芯饱和，感抗变小，与线路对地电容的容抗相等。四PT接线区别于普通的接线方式，采用电压互感器一次绕组中性点经零序电压互感器接地，如发生单相接地故障，这四只PT各相绕组电压都保持在正常的相电压附近，降低了PT一次侧的电流，保持了接地指示装置对灵序电压幅值和相位的灵敏。接地时电压互感器中性点对地有相电压产生，而主PT仍处于正序对称电压之下，互感器电感并不发生改变，PT各相绕组保持相电压上，不再与接地电容并联，也就不会发生中性点位移，从而不会发生谐振，因此，四PT接线消谐效果显著。

同时，四PT接线对抑制超低频振荡电流幅值也有一定作用。当10kV系统接地故障消失后，为了让电压恢复到正常范围内，健全相积累的电荷须经电压互感器（其中性点接地）对地放电。在这个暂态过程中会产生大电流，频率低，幅值大，极易造成高压熔断器熔断，甚至是烧损电压互感器。四PT接线方式中，因为零序电压互感器的电阻和高电抗，会使得当中性点经零序电压互感器接地后，抑制超低频振荡电流幅值，从而减少危害。

（二）电压互感器烧损原因分析

既然10kV开关柜采用四PT接线方式，能够有效地抑制铁磁谐振和超低频振荡电流，为什么电网中经常发生10kV电压互感器烧毁故障呢？综合分析存在以下几类原因：

（1）10kV电压互感器本身存在质量问题。由于产品设计、制造原因，导致电压互感器浇注质量不良、热极限输出容量不足等。绕组匝间绝缘降低，出现匝间短路而烧坏。电压互感器热极限输出容量绝大多数为300VA，容量偏小。

（2）开口三角型二次从侧需短接，若没有短接，励磁电流中的三次谐波就不能通过，励磁电流中基本都为正弦波，而其感应出的的一次二次电压中有三次谐波，这些三次谐波分量会通过一次、二次接地的回路对系统电压造成很大的影响。

（3）当系统发生多次线路接地故障时，极易出现超低频震荡电流，此时灵虚电压互感器将承受很大的电流，当容量不足时，极易发生烧损故障。

（4）接线错误。规程规定，电压互感器的二次绕组应有一点、且仅有一点永久性的、可靠地保护接地。若有两点接地，发生故障时可能使互感器烧毁。

三、10kV电压互感器运行故障解决方案

针对以上4个电压互感器烧损的原因分析，前3类电压互感器烧损问题都与电压互感器热极限输出容量偏小有关，在设备选型阶段需要解决。第4类问题在设计制造和调试验阶段能够解决。因此，在10kV电压互感器性能参数的选取上，可采取适当增大电压互感热极限输出容量，提高了电压互感器的过负荷能力，主要采取以下措施：

（1）提高电压互感器热极限输出容量。主电压互感器热极限输出容量从常规的300VA，增加到400VA；零相电压互感器热极限输出容量从常规的300VA，增加到800或1000VA；

（2）将零相电压互感器复变比改为单变比，减少二次线圈数量。把电压互感器变比改为10/0.1kV，为增加热极限输出容量、减少电压互感器体积提供前提条件。

（3）改变电压互感器安装方式。由于电压互感器热极限输出容量的提高，导致互感器的体积有一定的增加，因此将电压互感器安装在电压互感器柜的下仓中，而不能安装在手车上。

（4）一次侧增加熔丝保护。凡是10kV电压互感器一次接线上没有安装熔丝的，增加熔丝保护，这样避免了系统接地故障电流增大后，不能及时切除，使电压互感器过热烧损的危险。

四PT接线，增加了电压互感器各励磁支路的电感，减小了系统的零序等效电容，进而减小了电压互感器暂态过电流，四PT的励磁特性越好，对电压互感器暂态过电流的抑制效果越好。这样在不改变经典四PT接线基本原理图的基础上，一是适当提高主PT热极限输出容量（300VA提高到400VA），解决了中性点不接地系统长期接地运行“主PT二次开口三角短接回路，电容电流使开口三角绕组热容量不够而烧坏”问题；二通过大幅提高零相PT热极限输出容量（300VA提高到800VA或1000VA），来解决反复接地运行“超低频振荡过电流，烧损零序电压互感器”问题。使得上述运行难题得到了有效的解决。

参考文献：

[1]司雪峰，栾立民，张军，等.35kV及以下电压互感器故障分析及改进措施[J].电世界，2014（12）：2829.

[2]林莉，何月，王军兵，等.中性点不接地电网单相接地时电压互感器损坏机理[J].高电压技术，2013，39（5）：11141120.

作者簡介：高吉国（1973），男，辽宁东港人，主要从事变电设备运维和技术管理。