摘要：电压互感器的高压熔断器频繁出现熔断故障，不仅影响相关保护的可靠性，不利于电网的安全运行，还可能导致高压熔断器被炸毁，甚至引发电压互感器爆炸事故，对运维人员的安全构成一定的威胁。本文针对35kV电压互感器频繁熔断的原因，深入分析探讨，并根据原因提出对应措施，有效提高35kV电压互感器运行稳定性。
关键词：电压互感器；高压熔断器；熔断原因；处理措施
前言
电压互感器是变电站常见的一次设备，其作用是把电网高电压转换成标准二次电压，供保护、测量、计量等仪表装置取用。同时使电气工作人员及仪器仪表与电网高电压隔离，保证设备及人员安全。在35kV系统中，电压互感器一般都经过高压熔断器及刀闸与母线相连。在实际运行中高压熔断器熔断是一个经常性的问题，因为性质不是很严重，现场处理方法一般都是停电更换，缺乏系统理论的研究分析。在不同运行环境和不同的系统运行方式，其故障原因可能大不相同，只有有针对性去分析判断故障原因，才有可能采取具有可行性的防范措施及整改措施。
1 系统接线图和设备工作原理
1.1故障站系统接线图
某35kV变电站自2017年12月底投运至2018年06月一共发生5起35kV高压熔断器熔断故障，分别为2月份1次、3月份1次、5月份2次、6月份1次。其一次接线图如图1示。某站一次接线简单：35kV系统单母线运行，仅一条35kV一回架空进线，长度为19.1km，仅31PT一台电压互感器。
图1一次接线图
1.2高压熔断器结构原理
高压熔断器是原理相对简单易于维护的保护电器，它使得电气设备避免过载和短路电流的损害，因其结构简单且易更换，被广泛连接于 PT、站用变与母线之间。高压熔断器分别由熔体管、瓷套、支柱绝缘子、紧固法兰以及接线端帽等5部分组成【1】，熔体管内填充细石英砂作灭弧介质，熔丝作为导电介质。在运行中，如果电流不断上升，通过一段时间的积累，内部产生的热量使温度达到熔丝的熔点，此时熔断器熔丝熔断，熔断器便会处于断开状态。
图2 电容式电压互感器电路图
1.3电容式电压互感器原理
某站电压互感器型号为TYD35/ -0.02FH，属于电容式电压互感器，其结构简化电路如图2示，其中各符号含义如下：C1为高压电容，C2为中压电容，两者数值均约为0.04 uF，L为补偿电抗器，BL为避雷器，ZD为阻尼器，T为中间变压器。1 a、1 n，2 a、2 n分别为二次绕组引出端，da、dn为剩余绕组引出端，且接有阻尼器装置，并和其他两相构成开口三角形接线，为保护提供开口三角电压。
电容式电压互感器主要是根据串联电容分压原理，即电网电压加载于C1与C2两端，根据电容串联分压特点，可知电容器C2承受较小电压，并将分得电压作为中间变压器的一次输入电压，经过再次变压后得到标准低电压。根据戴维南定理，可以通过选择合适的补偿电抗器L的电感值，使其等效为一个理想电压源，即一次侧电压不随二次侧负载的变化而变化。
2 电压互感器高压熔断器熔断的主要原因分析
2.1常见的高压熔断器熔断原因
（1）系统运行环境发生变化进而产生铁磁谐振过电压引起高压熔断器熔断；
（2）雷雨天气，雷电波浸入线路，避雷器动作，产生较大的冲击电流；
（3）电压互感器二次过载运行可能导致高压熔断器熔断；
（4）电压互感器绕组绝缘降低、绝缘配件损坏等电压互感器内部故障引起高压熔断器熔断；
（5）高压熔断器产品质量差，熔断器本身特性不佳。
（6）运行人员操作不当导致熔断器熔断。
某站高压熔断器熔断故障发生后，查阅相关资料等并未发现PT二次侧过载运行，故排除原因（3）。运行人员操作严格遵守相关规程，且故障发生前并未对设备进行操作，故排除原因（6）。故障频繁发生后，试验班对31PT进行了绝缘、介损、电容量方面的试验，试验结果合格，故排除原因（4）。5起熔断故障后，均进行了一次高压熔断器的更换，所换熔断器囊括不同厂家的产品，故基本排除原因（5）。下面就原因（1）（2）进行详细的分析。
2.2雷击过电压导致的原因分析
经过对5起高压熔断器熔断故障的实例分析可知，熔断故障均发生在雷雨天气，现场雷声阵阵，但是输电线路多配有避雷针，在遭到雷击之后会使绝大部分电荷导入地下。当遭到较强雷击时，避雷器动作，经过防雷设施处理后在电容式电压互感器上增加了 134kV 残压（避雷器型号：YH5WZ-51/134W），形成了巨大的冲击电流，虽然仅出现微秒级的时间，但现场雷击不断，在短时内多次遭受雷击也会导致高压熔断器熔断。某站3-6月31PT避雷器动作次数如图3示。
图3该站3-6月避雷器动作次数
2.3铁磁谐振导致的原因分析
因电压互感器二次侧容量小（该站PT二次侧额定容量为50VA），即使在满载情况下其反应到一次侧的电流也很小，与一次侧电容产生的电流相比，差之甚远，所以忽略电压互感器二次侧负载变化对一次侧电流的影响。因此，电压互感器电容电流即可等效为电压互感器一次侧电流。根据戴维南定理，忽略电压互感器中间变压器的励磁电抗，电压互感器的等效电路如图 4 所示。
图4电压互感器的等效电路
其中 UC2、XC是根据戴维南定律得出的图2中m与n左侧部分电路的等效电路，即相当于C1与C2并联故等效容抗XC=1/ω（C1+ C2），根据欧姆定律可知UC2= U1* C1/（C1+ C2）。图4中ZL为补偿电抗器的阻抗，ZB为中间变压器的漏阻抗，Zfh为二次侧负载阻抗归算至一次侧的等效阻抗。根据理想电压源的特点可知，在额定频率时，补偿电抗器的感抗等于电容分压器的等效容抗。
当电压互感器的中间变压器铁芯饱和时，其励磁电抗下降明显，不能将其等效为开路，故等效电路如图 5 所示。图5等效电路中Xm 为励磁电抗，因为补偿电抗器L和中间变压器T的有效电阻与其感抗值相比较小，对铁磁谐振的产生影响不大，为了简化电路，已将其忽略。
图5谐振等值电路图
电压互感器正常运行时，此时中间变压器的铁芯工作在线性区，此时，励磁阻抗很大，负载阻抗也很大，所以回路中电流很小。但当系统运行环境发生变化，受到干扰波动时，会使进入电压互感器的一次电压突然升高，C2承受的电压也随之升高。这种过电压会使得中间变压器的铁芯迅速进入饱和状态，进而导致励磁阻抗Xm显著下降。过电压也有可能导致补偿电抗器 L上的避雷器被击穿，致使 XL也随之发生改变。那么此时就有可能出现XL+ XB+ Xm逼近XC的情况。负载阻抗与Xm并联且此时远大于Xm，所以相当于开路。于是等值电容的容抗XC和感抗XL、XB、Xm就符合了串联谐振条件。在谐振状态下，回路中电流以及电容C2和中间变压器上的电压都将异常增大，这将导致高压熔断器熔断【2】。
3 存在的问题及改进措施
（1）更换较大额定电流的高压熔断器。原某站 35kV 31PT高压熔断器型号为RW10-35/0.5，即熔丝额定熔断电流为0.5A。从理论上来讲，采用额定电流为0.5 A的高压熔断器是合适的，但实际上这主要是针对传统老式电磁式电压互感器设计的，而电容式电压互感器其一次侧电流相对电磁式的一次侧电流来说要大很多【4】。再者，根据高压熔断器熔断电流的特性可知，其电流本身具有一定的分散性，再加上户外高压熔断器长期经受风雨，容易氧化、老化，这样一来其熔断电流明显下降。所以，为了适应现场电压互感器的类型，更好地避开高压熔断器熔断电流的分散性，同时改善其经受系统暂态冲击的能力，可以适当提高高压熔断器额定电流【3】。高压侧熔断器的额定电流可选在1-2 A左右。
（2）取消一次侧高压熔断器。由图2可知，当电容式电压互感器中间变压器 T 短路时，相当于将中压电容C2短接，对一次侧电流影响微乎其微，不同于电磁式电压互感器那般会导致高压侧短路，对设备和电网的影响不是很大，所以电容式电压互感器高压一次侧可以不装设高压熔断器。
4 结束语
通过上述的分析可知电压互感器高压熔断器熔断的原因是多样且复杂的，我们要根据故障发生所在站的设备情况、运行情况，实际情况实际分析，找出原因，进而提出有针对性的控制措施，改善高压熔断器频繁熔断的现象。同时希望有更多更高水平的技术人员对高压熔断的熔断问题作更深层次的研究分析，进而在根源上解决这个问题。
参考文献：
［1］刘春婵，影响35kV电容式电压互感器高压熔断器熔断因素探究［J］，山东工业技术，2015（18）：270
［2］翁良杰，35kV母线CVT高压侧熔断器频繁熔断故障分析［J］，安徽电气工程职业技术学院学报，2012（1）：21-24
［3］刘航航 王云涛，高压熔断器异常熔断原因研究［J］，供用电，2014（09）：63-65
［4］陈玥名 孙宏伟 金理明 王秀霞，3电压互感器现场检定试验电源升压方式的研究［J］，东北电力技术，2017（6）：1-3，8
论文作者:丘欢
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/3
标签：电压互感器论文; 熔断器论文; 高压论文; 电流论文; 电压论文; 原因论文; 故障论文; 《电力设备》2019年第2期论文;