35 kV电压互感器常见故障分析及总结

王 龙，任思敏，王 朵，张 钰

(1.国网宁夏电力公司 吴忠供电公司，宁夏 吴忠 751100； 2.西安交通大学 电气工程学院，陕西 西安 710000； 3.延长油田股份有限公司 定边采油厂，陕西 定边 718600)

0 引言

2017年2月10日，某35 kV变电站事故报警：35 kV I母电压互感器故障。监控后台显示：UA为21.29 kV、UB为16.13 kV、UC为21.55 kV、UAB为24.95 kV、UBC为37.87 kV、UCA为36.29 kV、3U0为27.10 V。此35 kV变电站有311和312两条进线，8条10 kV出线，35 kV I母电压互感器主要向室内线路保护装置、监控后台以及电度表屏提供电网电压信息。

工作人员接到故障报警后，整理检修工具到达现场，首先用万用表测量电压互感器低压侧电压，结果显示Ua为61 V、Ub为44 V、Uc为61 V，排除了电压互感器低压回路故障的可能，随后工作人员将电压互感器停用，取下三相熔断器并量取其电阻，发现A相和C相两相阻值正常，但B相阻值近似无穷大，更换B相熔断器后，三相电压恢复正常，电压互感器正常运行，故障成功排除，但整体过程耗时过久，故障定位及排除效率较低，造成了较大的经济损失，不满足现代电力系统工作的可靠性及高效性要求。

无人值守变电站通过“遥信”和“遥测”监测变电站各种信息，要求准确判断变电站各类故障，随即采取相应的措施快速隔离故障，恢复电网的安全可靠运行。而此次故障正因为第一时间不能准确定位故障类型，准备检修工具(包括二次电缆、空气开关、高压熔断器等)时间过长，现场测量、分析和判断故障耗时过多等原因，严重影响了清除故障时间和效率。因此，本文总结了电压互感器常见的三种故障类型，以便让工作人员能通过故障数据更快、更准地判断电压互感器故障类型。

1 电压互感器故障特征分析

1.1 电压互感器高压侧断相

在电力系统中，发生系统铁磁谐振、单相间谐电弧接地、电压互感器内部单相接地或者相间短路等故障，都可使电压互感器线圈产生过电流，引起高压侧熔断器熔断。当高压侧A相熔断器熔断后，由于三相五柱式结构中三相电磁回路相通，高压侧A相相电压UA存在感应电压，不会降为零，从而线电压UCA、UAB均降低，线电压UBC保持不变，低压侧零序电压的有效值低于30 V。

1.2 电压互感器低压侧断相

电压互感器低压侧回路发生短路时，可引起低压侧熔断器熔断。由于熔断器装设在电压互感器低压绕组与保护测量装置之间，若低压a相熔断器熔断，只会对保护测量装置的输入电压信号产生影响，而对开口三角零序电压3U0并无影响。因此a相相电压Ua为0，相电压Ub和Uc保持不变。

图1 三相五柱式电压互感器接线图

1.3 高压侧35 kV母线单相接地

综上分析，将低压侧三相相电压和线电压以及零序电压的变化情况与故障类型进行总结，如表1所示。

2 仿真验证

为验证上述分析的可靠性，以三相五柱式电压互感器为例，搭建电力仿真软件ATP(The Alternative Transient Program)模型。

图2 开口三角电压矢量图

故障类型电压有效值Ua(V)Ub(V)Uc(V)Uab(V)Ubc(V)Uca(V)3U0(V)A相高压侧熔断器熔断<575757<100100<100<33A相低压侧熔断器熔断0575757100570A相35kV母线单相接地0100100100100100100

2.1 电压互感器高压侧断相

ATP仿真模型运行1 s后，电压互感器高压侧A相熔断器熔断，仿真结果见图3。从图3(a)可以看出，低压侧a相电压1 s后明显降低；从图3(b)可以看出，1 s后低压侧线电压Uab和Uca明显降低；从图3(c)可以看出，1 s后零序电压值明显升高。

图3 电压互感器高压侧断相仿真结果

高压侧熔断器熔断后，A相电压由于电磁感应未降为0，从而低压侧a相相电压也并未为0，通过仿真实验可以看出，互感器低压侧Ua有效值低于18 V，Ub和Uc基本保持不变，Uab有效值为77 V，Uca有效值为59 V，Ubc保持不变，3U0有效值为23.7 V，此实验结果与表1分析值相符。

2.2 电压互感器低压保护断相

ATP仿真模型运行1 s后，电压互感器低压侧a相熔断器熔断，仿真结果见图4。从图4(a)可以看出，1 s后a相电压降为0；从图4(b)可以看出，1 s后Uab、Uca降为故障前相电压值；从图4(c)可以看出，1 s后零序电压仍为0 V。

通过仿真实验可以看出，电压互感器低压侧a相熔断器熔断后，由于没有电磁感应的作用，Ua为0，Ub和Uc基本保持不变，Uab和Uca有效值均为58 V，Ubc保持不变，3U0为0 V，此实验结果与表1分析值相符。

图4 电压互感器低压侧断相仿真结果

2.3 35 kV母线发生单相接地故障

ATP仿真模型运行0.5 s后，电压互感器高压侧35 kV母线发生A相接地，仿真结果见图5。从图5(a)可以看出，0.5 s后a相电压降为0，b和c相电压明显升高；从图5(b)可以看出，0.5 s后线电压仍保持不变；从图5(c)可以看出，0.5 s后零序电压值明显升高。

通过仿真实验可以看出，电压互感器低压侧Ua降为0 V，Ub和Uc对地电压升高到100 V；Uab、Ubc和Uca保持不变，3U0为100 V，此实验结果与表1分析值相符。

变电站接地故障告警保护装置零序电压整定值一般设为30 V，因此电压互感器高压侧若发生母线接地故障，监控系统则会报出接地故障信号。

3 结论

(1) 本文主要针对某35kV变电站电压互感器高压侧熔断器熔断故障现象，扩展分析小电流接地系统三相五柱式电压互感器三种常见故障特征。通过理论分析和仿真实验验证了分析和总结的可靠性。工作人员可参考上述故障特征，通过测量电压特征值对电压互感器运行状态进行监测并及时进行故障诊断，提高故障清除效率。

(2) 此次对小电流接地系统三相五柱式电压互感器三种常见故障特征进行分析总结，可为其他变电站出现的同类问题提供参考，使工作人员能根据故障信息快速判断故障类型和故障相别，及时处理相应故障，尽快恢复供电，确保电力系统、设备安全运行。

参考文献：

[1] 张全元. 变电运行现场技术问答[M].北京:中国电力出版社，2011.

[2] 弋东方，钟大文.电力工程电气设计手册[M].北京:中国电力出版社，2016.

[3] 马永翔，王世荣. 电力系统继电保护[M]. 北京:北京大学出版社，2008.