电磁式电压互感器常见故障及应对措施

段明辉 姚 创 张 贺 冯军基 刘力卿 魏菊芳

（国网天津市电力公司电力科学研究院）

0 引言

随着电力系统构造升级与系统规模的不断扩大，传统电磁式电压互感器故障应对措施急需进一步优化与完善，用以更好地处理复杂环境下电磁式电压互感器故障，切实保障电力系统的运行安全及运行稳定性。文章对电磁式电压互感器中铁磁谐振故障、接线错误、断线以及二次回路多点接地等常见故障进行了分析，并提出了常见故障的应对措施。

1 电磁式电压互感器的常见故障类型

1.1 铁磁谐振故障

对于电磁式电压互感器而言，基于其自身结构的特殊性，导致其在运行过程中存在一定概率出现铁磁谐振故障，铁磁谐振故障会间接提升谐振过电压值，严重时可能会出现用电设备烧毁、互感器爆炸等相关问题，对电力系统造成了一定的安全隐患［1］。为有效保证电力系统的运行稳定性与安全性，国内外大量技术人员、专业人员对该项故障进行了深入调查与研究，并设计了行之有效的消谐措施，如将阻尼电阻接入开口三角形处、中性点经消弧线圈接地、减少并联互感器、将单相互感器中接入至三相互感器中心点、选择励磁性优异的互感器等。然而上述所有消谐举措均是以消耗谐振能量或破坏谐振条件角度实现铁磁谐振的抑制效果，但在实际使用期间的消谐效果无法有效达到预期效果，甚至部分措施还会产生其他情况。同时，随着社会经济的不断发展，电力系统类型、系统结构、系统规模等也在随之迭代，传统的消谐措施已经无法切实满足当今复杂化、多元化的电力系统结构，需要以电力系统具体情况为先导、以现场实际情况为依据，制定针对性、科学性、合理性的铁磁谐振故障解决措施。

1.2 其他故障

电网在实际运行过程中不仅可能会出现铁磁谐振故障，同时还可能由于结构设计缺陷、人员操作不规范以及绝缘老化等相关问题而出现电压互感器的接线错误、断线以及二次回路多点接地的故障情况［2］。基于本质角度来看，上述故障的出现对电力系统的运行安全性、稳定性同样具有较大的影响，可能会导致与电压互感器相连的继电保护设备出现拒绝行动、错误行动等问题。除此之外，如多点接地等故障在出现时具有较强的隐蔽性，相关工作人员存在无法第一时间发现的概率，因此此类故障会进一步加剧对电力系统安全性的威胁。以多点接地故障为例，在传统的解决与排查方案中往往是以人力巡检方式为主，即要求巡检人员对所有互感器进行针对性的逐一排查，通过检查其外观是否损坏、性能是否稳定等判断其是否出现故障，此种方式在实际应用期间不仅会大量浪费人力资源与时间资源，同时也无法有效保证故障排查结果的准确性。另外，在断线故障中，通常情况下会采用较为保守的退出大多数保护装置的措施，虽然此种方式能够有效避免装置因断线而错误行动，但也在一定程度上削弱了电力系统在互感器断线期间对其他故障问题的应对、识别能力。

2 电磁式电压互感器常见故障的解决措施

2.1 铁磁谐振故障的解决措施

在众多的电磁式电压互感器的故障中，铁磁谐振故障类型属于较为常见且危害性较高的故障之一，若不及时对其进行处理或提前进行有效预防，则可能会对电力系统的运行稳定性产生影响，严重时甚至会威胁到电力系统的使用寿命［3］。因此，需要结合实际情况在电网设计、电网运行过程中重点分析如何消除或抑制互感器的铁磁谐振能量。在此方面，可以从抑制铁磁谐振的产生、消除铁磁谐振出现后的能量等角度出发。

首先，基于抑制铁磁谐振的产生角度出发。可以结合实际情况，通过优化电力系统参数而减少铁磁谐振产生的条件。其一，可以根据设备情况选择励磁性能优异的互感器。站在铁磁谐振产生机理的角度进行分析，导致铁磁谐振出现的主要原因是互感器励磁特性弱，当电网出现波动后会导致铁心产生铁磁谐振，因此可以结合实际情况以使用励磁性能优异的互感器规避铁磁谐振故障。需要注意的是，此种解决方式在实际使用期间存在降低铁磁谐振发生概率低的问题，当电网波动较大时仍会导致铁心出现铁磁谐振现象，且由于波动过大产生的铁磁谐振无法避免，其故障后果往往会更加严重［4］。除此之外，当若干互感器进行并联时，还会降低互感器在实际使用期间的励磁性能。因此，若想切实有效地规避或减少铁磁谐振故障所带来的影响，则需要根据实际情况搭配其他铁磁谐振故障解决措施；其二，降低互感器的并联数目。在从提升互感器励磁性能角度分析铁磁谐振故障时提到当电力系统中互感器的并联数量上升时，会降低互感器的励磁性能，从而提升铁磁谐振故障的出现概率。因此，若想有效保证铁磁谐振故障得以根治，则应当结合实际情况减少互感器的并联数目，以此加强其他消谐措施的实际应用效果。通过合计设计互感器的分布可以有效减少其并联数量，这样不仅能够取得有效的铁磁谐振抑制效果，同时也可以在一定程度上减少电力系统的日常维护支出。需要注意的是，此种解决方式在实际应用期间缺乏直观性，需要与其他解决措施同时使用；其三，将单相互感器接入中性点。此种故障解决措施有以下两方面优势。一方面，能够基于总体角度切实提升励磁电抗性能，从而有效提升励磁性能，进一步降低了铁磁谐振故障出现的概率。另一方面，若电力系统出现单相接地故障时，因将单项互感器接入中性点措施中的零序电压主要体现在单项互感器中，因此可以降低其余互感器在运行期间的电压，从而有效避免铁心因过度饱和而出现铁磁谐振故障。

其次，基于消除铁磁谐振能量角度出发。当铁磁谐振故障出现后，可以通过相关措施减少谐振产生的能量，从而实现抑制或消除铁磁谐振故障的效果。其一，相关技术人员可以结合实际情况选用消谐设备或非线性电阻并将其接入至互感器一次侧中性点，这样能够有效提升电力系统的零序回路阻尼，从而通过消除铁磁谐振能量的方式达到抑制谐振的效果。在不考虑其他因素的情况下，非线性电阻的阻值越高，谐振的实际抑制效果越好。然而，当所接入的非线性电阻阻值过大时，不仅会影响零序电压的实际测量结果，同时也会出现发热情况。此外，当其阻值过大时，若电力系统产生单相接地故障，则还会存在影响保护装置正常行动的概率。因此，相关技术人员、研究人员应当结合实际情况，如电力系统规模、网络状况等相关条件针对性选择合适的非线性电阻阻值；其二，将阻尼电阻合理接入至互感器开口三角处。从理论角度来看，当电力系统处于正常运行状态时，三角绕组开口位置的实际电压应当为三相电压之和，其最终结果为0［5］。若此时所出现的铁磁谐振故障是由单相接地故障所引发的，则会导致零序电压升高至原有的三倍左右，此时若使用接入阻尼电阻的方式则可以有效起到抑制铁磁谐振的效果。在选择阻尼电阻参数时，若不考虑其他因素，则所选则的阻值越小，其实际的铁磁谐振抑制效果便会越强，但若在实际使用运行期间其阻值过小，则可能会存在当电力系统产生故障后三角绕组中产生大量环流的现象，此时不仅会对电阻本身产生不可逆的损害，如烧毁等，同时还可能存在压熔丝熔断的情况，严重时甚至会影响互感器。此种方式在实际使用过程中存在因阻尼电阻参数选择不当而出现互感器绕组过载、电阻烧断等相关问题。为有效避免或减少上述问题的出现，则可以结合实际情况将传统的固定阻值电阻替换为单相可控电阻元件，同时动态化测量并记录电力系统中性点的电压偏移量，并将其作为依据选择电阻阻值。这样不仅可以有效起到消除铁磁谐振能量的效果，同时也可以防止因电阻阻值过低而出现的各类问题。

2.2 二次侧多点接地故障的防范措施

为有效确保二次侧多点接地故障防范措施的应用有效性与合理性，则首先需要明确该项故障的出现原因，如施工疏忽、线路绝缘装置老化等。因此，在防范与解决该项故障时，不仅需要相关管理人员加强施工期间的监督管理力度与巡检频率，同时还需要根据互感器类型使用多样化的接地故障排查方法进行动态化排查，从而确保第一时间发现二次侧多点接地故障问题并及时解决。现阶段较为常用的互感器二次侧多点接地故障的排查方法主要分为两种，分别是电压法与电阻法。电压法是指利用专业测量设备分析是否存在接地情况，在实际测量过程中也可以根据实际情况的不同，通过查看端子箱中零相电压小母线的对地电压值进行判断；电阻法是指相关技术人员可以将可变电阻串联在接地点与继保室电联之间，而后采用改变可变电阻值的方式观察电流强弱，进而实现判断是否存在接地故障的效果［6］。

3 结束语

综上所述，我国各个行业对电力资源的需求越来越高，各个电力系统、电网结构也出现了相应的调整与改变。在此背景下，导致传统的电磁式电压互感器故障解决与应对措施在实际应用时无法切实解决新结构、新技术、新设计条件下的故障类型。为有效保障电力系统的运行稳定性，则需要加强对铁磁谐振故障以及其他故障类型的重视，并根据电力系统实际情况选择科学、有效的故障防范与解决措施。