TS 66kV变电站II段电压互感器故障分析

乔冠麟 马玉玺

（国网山西省电力公司朔州市平鲁区供电公司）

0 引言

电压互感器作为电力系统中重要的一部分，对于系统数据测量保护起着关键的作用。本文针对TS 66kV变电站II段电压互感器故障，结合实际工况和处理办法对电压互感器熔丝断线故障进行分析，为以后同类型故障处理提出借鉴。

1 基础工况介绍

TS 66kV变电站分别通过I线和II线两路66kV的进线向TS 1号变压器和TS 2号变压器供电。主变压器采用的是具有载调压方式的双绕组变压器，高压侧与66kV进线连接，采用星型接线方式；低压侧与20kV母线连接，采用三角形接线方式向负载供电。1号母线与2号母线之间通过母联断路器连接，两端母线互为暗备用。TS 66kV变电站主接线图如下图所示。本次发生故障的电压互感器位于20kVⅡ母线。

图 TS 66kV变电站主接线图

本次发生故障的电压互感器为单相、浇筑式、带剩余绕组的20kV互感器，其主要参数见表1。

表1 电压互感器参数

JDZX9-20NG电压互感器是由大一互厂生产的环氧树脂全封闭式浇注绝缘户内型产品。这种产品的运行频率是50Hz，可以应用于20kV及以下的各种高压开关柜中，作为开关柜的电压、电能测量以及保护等方面使用。产品结构是单相的双线圈结构，采用环氧树脂全封闭浇筑。两侧线圈都缠绕在硅钢片冷轧的铁心上。互感器的二次侧有防护罩，产品可以在较恶劣的环境中运行。

技术参数如下：

（1）局部放电水平符合GB 1207-1997《电压互感器》标准。

（2）产品表面爬电距离满足Ⅱ级污秽等级。

（3）负载的功率因数：cosφ＝0.8（滞后）。

2 故障经过

2020年09月16日14时05分，调度告知TS变电站20kV系统电压异常，II段电压互感器A相9.98kV，B相11.15kV，C相11.18kV，站内无接地，联系调度切换I段电压互感器并列运行，退出II段电压互感器，电压恢复正常。故障数据见表2。

表2 故障数据

2.1 第一次处理过程

故障发生后，我部检修人员及时出动，对TS 66kV变电站II段电压互感器进行检修工作。分析推理情况如下：

（1）通过调度切换电压互感器并列运行，电压显示正常，通过分析可以排除66kV系统电压故障和20kV母线故障，故障发生位置应处于电压互感器柜内。

（2）由于A相电压出现明显偏差，而B、C两相电压值略有下降，与电压互感器单相断线故障现象“故障相电压大幅下降，非故障相略有降低”相似，初步判断为A相断线。

（3）对电压互感器进行变比测量试验，并对二次侧的接线端子进行检查和紧固。

（4）经试验和检查未发现故障点，对电压互感器进行恢复送电。

2.2 第二次处理过程

9月18日送电后发现故障现像仍然存在，A相电压值8.9kV，B、C相电压为11.15kV，再次投入I段电压互感器并列，退出II段电压互感器。

（1）第二次处理过程中，对二次侧所有接线进行检查，接线全部导通，电阻很小；测量二次端子排上电压显示为：A相17V，B、C相57V。通过分析考虑，电压互感器本体及二次侧接线不存在问题，所以本次考虑检查熔丝。

（2）通过对熔丝检查发现熔丝断裂，引起电压互感器的电压值出现偏差。

3 故障分析

3.1 二次侧电压异常原因

由于电压互感器采用螺旋缠绕式的连接方式，断点的上下两部分离得很近，在下方仍能产生较高的感应电压，使故障相二次侧产生较高的感应电压U1；同时，由于故障相的二次侧是完好的，在运行时带有负荷电流产生一个电压U2，正常情况下这个值很小；在两侧电压值的综合作用下，在该电压互感器单相断线故障运行时二次侧电压Ua＝U1+U2。

3.2 处理过程中的不足

第一次处理过程中，存在许多不足之处。首先对于电压互感器电压异常现象没有进行全面的分析，考虑不够周全；其次，故障检查不到位，并未对电压互感器进行全方位的检查；最后，在未找到故障原因的情况下盲目送电，对设备和系统都造成了二次伤害。

4 经验学习

这次电压互感器的电压异常现象是由于互感器的熔丝断裂引起的，借此机会对电压互感器的一二次侧熔丝熔断故障进行学习，主要介绍了熔丝熔断故障的现象和熔断的原因及预防措施［1-2］。

4.1 电压互感器电压异常检查顺序

（1）退出相关保护。将与故障电压互感器有相关电气联系的保护退出运行，防止保护发生误动作，并投入与之相并列的电压互感器。

（2）熔断器检查。熔断器作为电压互感器中最容易出现故障的器件应作为最开始检查的目标。

（3）回路检查。检查电压互感器的二次回路，检查回路端子是否存在脱落、断线情况，排除因二次回路故障引起的异常情况。

（4）电压互感器本体检查。检查外观无裂纹，放电痕迹等；并对互感器做相对应的检查试验。

4.2 一、二次侧熔丝熔断故障现象

（1）电压互感器一次侧熔丝熔断。

当PT的一次侧熔丝受到系统电流作用发生熔断时，虽然熔断相的电压会很大程度的降低，但由于二次侧受负载的影响，电压不为零，一般情况下的电压为20～40V。非故障相的电压不会发生明显变化，保持原有数值或略有降低。

（2）电压互感器低压熔丝熔断。

当PT的二次侧熔丝受到系统电流作用发生熔断时，二次侧与一次侧的高压熔丝熔断现象基本相同。由于二次侧熔丝熔断只会对故障相的电压产生影响，不会出现由于三相不平衡导致的零序电压。针对二次侧熔丝熔断这种现象，只需要利用电压表检测熔断器两侧的电压，就可以直接确定故障情况。在低压熔断器两侧的电位不相等即可判断为低压侧的熔丝熔断，除此以外则可以认为是高压侧的熔丝发生了熔断。

4.3 一、二次侧熔丝熔断故障原因及预防

（1）人为操作失误或者二次回路产生故障，可能会导致电压互感器熔丝熔断。如二次回路上的操作电压互感器二次回路和设备故障和自动保护装置元件损坏，造成二次回路短路，导致二次熔断器熔断［3］。

（2）当PT的内部发生金属性的短路故障，会引起电压互感器的二次侧回路短路，熔丝熔断。

（3）当二次回路的导线由于外界环境作用，发生受潮、腐蚀、损坏问题时，可能会引起设备的一次或二次侧发生短路故障，引起二次侧熔断器熔断。

（4）铁磁谐振可能会使熔断器熔断，甚至导致电压互感器烧毁［4］。当系统的负荷特性发生变化或受到其他因素的影响，电力系统的电气参数发生改变，达到铁磁谐振的产生条件，导致谐振现象发生。当系统发生谐振时，PT会产生过电压或过电流，这不仅会导致主熔断器熔断，而且往往会导致PT烧毁。PT的高低压侧绕组绝缘和消谐器也有可能导致一次侧的熔断器熔断，尤其是在电网的位移过电压和单相接地的情况下会加速熔断。

（5）PT接线错误导致保险丝熔断。在电压互感器的安装施工阶段，由于工作人员工作失误，使得辅助绕组开口三角形的两端线路两点连接出现错误。在单相接地的情况下，绕组会通过一个很强的短路电流，如果其热稳定性在一定时间内被破坏，一次绕组和二次绕组的绝缘层就会被破坏，甚至会引起相间短路，直至高压熔断器熔断。

（6）低频饱和电流会导致电压互感器的初级熔断器熔断。当系统发生单相接地时，容性电流流过故障点，不接地相电压上升为线电压。当电网对地电容较大，电网间歇性电弧接地或接地消失时，储存在非故障相对地电容器中的电荷将重新分配，并通过中性点接地的电压互感器一次绕组形成放电回路，形成低频振荡电压，在高压绕组中流过高幅值低频饱和电流。单相接地消失后在1／4～1／2工频周期内出现。电流幅值远大于分数阶谐振电流（分数阶谐振电流约为额定励磁电流的100倍），频率约为2～5Hz。非接地高压熔断器具有幅值大、动作时间短的特点，在单相接地消失后，会在半个周期内熔断。

5 结束语

本文通过对TS 66kV变电站II段电压互感器故障分析，学习了电压互感器熔丝断线的现象和预防方法。针对电压互感器电压异常现象做出清楚的检查步骤，有利于以后的故障排查和专业的发展。本次故障检查发现了专业方面的一些不足，针对这种情况，专业内部应该加强对设备的了解，从多个角度、多专业的分析故障现象。通过总结学习经验，促进专业的发展。