摘要：10～35kV干式电磁式电压互感器爆裂是公司系统生产运行过程中常见的问题，其原因受到系统过电压、外部环境、系统谐波、产品质量、人为原因等多种因素综合影响，长期以来一直困扰着电网的安全运行，极大地降低了系统的可靠性并增大了运维人员的工作量。本文统计某省电力公司10～35kV干式电压互感器爆裂情况，对引发各类故障的原因进行详细分析。
关键词：干式电磁式电压互感器，爆裂，单相接地
Analysis of Bursting Problem of 10-35kV Dry Electromagnetic Voltage Transformer
WANG-Yujiao1，YUAN-Wei2，QIAN-Jie2
（1.Wuxi San Xin Power Supply Service Company Limited，Wuxi City）
（2.Wuxi Power Supply Company，Wuxi City）
Aabstract：The bursting of 10~35kV dry electromagnetic voltage transformer is a common problem in the production and operation process of the company's system.The cause is affected by various factors such as system overvoltage，external environment，system harmonics，product quality and human factors.It has been plagued by the safe operation of the power grid，which greatly reduces the reliability of the system and increases the workload of the operation and maintenance personnel.This paper analyzes the bursting of 10~35kV dry-type voltage transformers of a provincial power company，and analyzes the causes of various types of faults in detail.
Keywords：dry electromagnetic voltage transformer，burst，single phase grounding
0引言
随着时代的发展，电网规模迅猛增长，社会对供电可靠性的要求越来越高，同时电力设备新技术不断涌现，电网内外部环境条件发生了较大变化，电网安全生产面临一些新的风险和问题，电压互感器作为一种重要的电力设备，也经常出现各类缺陷和故障[1-3]。针对无锡地区配电网情况，配网电压互感器一般均为环氧树脂型电磁式电压互感器，本文考虑地区实用性，仅针对该类型电压互感器爆裂的原因进行统计及分析。
1电压互感器爆裂原因统计
10～35kV干式电磁式电压互感器爆裂是公司系统生产运行过程中常见的问题，其原因受到系统过电压、外部环境、系统谐波、产品质量、人为原因等多种因素综合影响，长期以来一直困扰着电网的安全运行，极大地降低了系统的可靠性并增大了运维人员的工作量。
中国电科院统计某省电力公司10～35kV干式电压互感器爆裂情况，从引发故障的因素来看，原因有过电压、外部线路多次接地、产品设计结构、局部放电、配件质量、绝缘材质、人为原因等。其中过电压所占比重最大，达到总数的65%，造成过电压的众多原因之中线路接地占绝大多数。
图1 PT爆裂故障原因统计
Fig1.burst fault reason statistics
从实际发生故障的统计情况来看，由线路接地引起的PT爆裂故障所占比例高达64%，其中由于永久性接地导致的故障占53%，由于弧光接地导致的故障占 9%。
2.干式电磁式电压互感器爆裂原因分析
根据中国电科院统计数据，从引发 PT 爆裂故障的直接原因统计来看，数量较多且具有普遍现象的原因主要有单相接地故障、间歇性弧光接地故障、PT 本身存在局部放电、以及产品结构设计不合理四种情况。除此，工程设计施工中，人为接线原因造成的送电时PT爆裂以及设计可研阶段设备选型不合理、PT容量不匹配需进一步避免。
2.1单相接地故障：
10～35kV系统为中性点不直接接地系统，且发生接地故障几率很高，当系统发生单相接地故障时，非故障相电压抬升为系统线电压，达到1.73Un（Un为额定一次相电压），由于此时三相之间的线电压仍然对称，用户的三相用电设备仍照常运行，因此允许继续运行2h。系统发生单相接地故障时，分析PT爆裂有以下两种原因：
1）铁磁谐振：发生单相接地故障时，由于线路存在对地电容，故障点流过容性电流，同时非故障相电压升高至线电压，并对其对地电容充电。故障点消失后，由于PT一次绕组尾端是电网对地唯一金属性通道，因此非故障相上的充电电荷将以直流放电的形式通过PT一次绕组入地。由于PT绕组本身的直流阻抗极小，因此其内部会流过数值极大的低频电流，有可能达到PT额定电流的数百倍，使PT铁芯瞬间严重饱和，从而使PT的励磁阻抗急剧下降，当励磁阻抗与系统对地电容参数匹配时，将引发铁磁谐振。如果所引发的谐振为分频谐振，由于其频率较低，PT绕组感抗小，将使励磁电流大大增加，甚至达到额定励磁电流的百倍以上，极易使PT发生绕组熔化、绝缘开裂等故障。
2）PT本身热性能不良：GB1207-2006 《电磁式电压互感器》中6.3及6.4要求：电磁式PT在1.9Un电压下应能连续正常运行8h，其温升不应超过55K；国网公司系统10～35kV干式电磁式PT招标技术规范书要求：1.9Un电压下应能连续正常运行8h，其温升不超过45K；《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》11.1.2.3 规定：电磁式电压互感器在交接试验时，应进行空载电流测量。励磁特性的拐点电压应大于 1.9Um/
（中性点非有效接地系统）。
上述标准及反措要求电磁式PT在1.9Un电压下不应进入饱和区，且应能够持续8h，其温升不超限。当发生线路单相接地故障时，如果没有形成铁磁谐振过电压，则PT最多承受1.73Un的过电压2h，远低于技术标准的要求。若PT本身实际热性能不满足技术要求，将导致PT长时间承受系统过电压的情况下，其内部发热过量，加速绝缘老化，最终致使绝缘击穿甚至开裂[4]。
2.2弧光接地故障
输电线路运行环境复杂，由于树枝、漂浮物、建筑或线路摆动等原因，会发生间歇性弧光接地。尤其在雷雨大风天气，严重的情况下短时间内弧光接地次数能达到上百次。
对于这类接地故障，其初期阶段的故障机理与上述单相接地故障类似，但由于其弧光放电次数较多且间隔时间较短，致使PT在很短时间内频繁遭受线路上直流放电大电流的冲击，高压绕组的发热量多次累积，难以有效散发出去。同时由于绕组和绝缘介质膨胀系数不同，金属部分和绝缘材料受热膨胀并相互挤压，最终导致PT绝缘开裂。
实际上，由于接地电弧熄灭的时刻不同，即初始相位角不同，故障的切除不一定都在非接地相电压达最大值时发生。因此，不一定每次单相接地故障消失时，都会产生超低频振荡电流。同时，超低频振荡电流的大小，还与PT伏安特性有很大关系，PT铁芯越容易饱和，该振荡电流就越大，PT就越易烧坏[5]。
2.3局部放电
由于PT生产工艺、铁芯绕组结构、原材料配比等原因，PT生产过程中会在内部存留有杂质或气泡。设备带电后，内部长期存在局部放电导致
发热、绕组匝间短路、主绝缘击穿等缺陷，互感器在热量积累到一定程度后开裂。
2.4产品结构
部分PT设计结构不合理，高压尾（N端子）与二次接线端子均布置在二次端子盒内且距离较近，同时二次端子盒内绝缘裕度不足，当发生系统过电压、一次绕组中性点电压升高时，容易导致高压尾对二次端子放电，造成绝缘损坏，如图5所示。此项原因，经过中国电科院的后期跟进论证，在保证绝缘裕度的情况下，此种设计方式也可保证设备的安全运行。
图2 PT接线端子位置设计缺陷
Fig2.PT terminal position design defect
此外，中国电科院调研中曾经发现南京某PT设备厂家（已销售几万台），由于通风以及防尘罩不合理造成二次引线处容易发生凝露、污秽爬闪情况，间接导致二次侧短路，造成PT爆裂。
再者，目前的柱上开关与PT一体化的设备结构，常因为密封性等问题，造成PT受潮，导致介质绝缘弱化、二次受潮短路，PT爆裂时有发生。
2.5工程设计施工
干式电磁型电压互感器可分为半绝缘、全绝缘型，在设计可研阶段，
常常由于工作人员的水平、责任心缺乏等原因，造成设备选型错误，主要包括绝缘等级不够、PT容量不匹配。1）PT的绝缘裕度达不到要求，在中性点非可靠接地（不接地、消弧线圈接地），系统发生接地等故障时，导致设备爆裂。2）目前，随着配网自动化的逐步完善，新上环网柜中DTU蓄电池主要靠PT充电，若PT容量不匹配，二次回路电流过大，发热严重，亦造成PT爆裂。
另外施工过程中，施工人员常常误将二次接线误短接，验收阶段，工作负责人缺乏责任心，未认真测量、查验，导致设备送电爆裂。
3小结
从引发 PT 爆裂故障的直接原因来看，主要有单相接地故障、间歇性弧光接地故障、PT 本身存在局部放电、以及产品结构设计不合理四种情况。除此，工程设计施工中，人为接线原因造成的送电时PT爆裂以及设计可研阶段设备选型不合理、PT容量不匹配也是造成PT 爆裂故障的原因之一，在以后的使用中应尽量避免。
参考文献：
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[2]黄建华，李长益．华东电网 500 kV 电容式电压互感器的运行现状及其分析[J]．高压电器，2004，40（1）：58-60．
[3]时德钢，刘晔，张丽平，等．高电压等级电压互感器综述[J]．变压器，2003，40（6）：11-14．
[4]李凤舞，姜涛.单相接地引起电压互感器烧毁事故原因分析[J].自动化应用，2013（12）：84-85.
[5]陈筱平，刘雅洁，汪颖，等．某实际间歇性弧光接地事故仿真分析与对策研究[J]．电力科学与工程，2012，28（9）：10-17．
作者简介：王誉娇（1990-），从事电力系统研究及营销服务相关工作
论文作者:王誉娇1,袁伟2,钱洁2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/25
标签：电压互感器论文; 故障论文; 过电压论文; 原因论文; 绕组论文; 单相论文; 系统论文; 《基层建设》2019年第3期论文;