摘要：本文主要从故障情况与分析，以及提出了相应的解决方案等方面探讨了本文主题，旨在与同行共同学习、共同进步。
关键词：电压互感器；中性点；接线方式
10 kV 系统中由电磁式 TV 饱和引起铁磁谐振过电压的情况时有发生，它持续时间长甚至能长时间自保持，是导致 TV 高压熔丝熔断和 TV 烧损甚至爆炸的重要原因，对电力系统的安全运行威胁极大。近年来随着城网改造的进行，大范围应用电缆，配电网线路对地电容显著增加，系统参数已远远超出了谐振区域，很少发生铁磁谐振。但系统中发生单相接地或弧光接地故障时，仍发生 TV 高压熔丝频繁熔断甚至 TV 烧毁现象。
一、电压互感器概述
电压互感器（Potential transformer 简称PT，Voltage transformer也简称VT）和变压器很相像，都是用来变换线路上的电压。但是变压器变换电压的目的是为了输送电能，因此容量很大，一般都是以千伏安或兆伏安为计算单位；而电压互感器变换电压的目的，主要是用来给测量仪表和继电保护装置供电，用来测量线路的电压、功率和电能，或者用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压器，因此电压互感器的容量很小，一般都只有几伏安、几十伏安，最大也不超过一千伏安。
二、电压互感器损坏及高压熔丝熔断的危害
1.PT 受到损坏及高压熔丝烧毁多是由于谐振过电压产生的，谐振过电压在 10kV 系统中是最极其普遍的一种过电压，过电压谐振幅值虽然不高，但它是长期存在的，而且其产生的低频谐波会影响变电站变压器线圈，在其他设备则可能危及设备的绝缘，会使在系统薄弱的绝缘位置发生击穿，造成系统严重的伤害。
2.在 PT 受到损坏及高压熔丝烧毁之后，若不立即将其检修，则会造成 10kV 母线不能分段运行，影响系统运行的稳定性。
3.在 PT 损坏或高压熔丝熔断现象的情况下，运行人员将可能会在巡视或者检查设备时受到伤害，产生一定风险。
4.PT 损坏或高压熔丝熔断，会在计量方面难以做到准确计算，因此将会直接对电量造成损失，而且母线也会失去对电压的保护监测，对供电设备的安全运行造成不良影响。
三、故障情况与分析
1.故障情况
某日 6 时30 分，110 kV A 变电站10 kV 甲出线 1 号杆出线刀闸 C 相支柱瓷瓶发生闪络，造成该变电站 10 kV 长时间间歇性单相接地，10 kV甲出线线路保护为单相故障而未出口跳闸。6 时33 分，该110 kV 变电站10 kV II 段母线电压互感器间隔熔断器熔断。6 时 35 分，乙出线 AC 相故障，开关保护动作切除故障，同时甲出线过流 I 段保护动作跳开本线路开关，故障切除。
实际运行中，10 kV 电压互感器高压熔丝熔断现象在多个变电站都出现过。
2. 故障分析
（1）该 110 kV 变电站 10 kV 为不接地系统，此系统在发生单相接地故障时，非故障相电压升高，升高幅度视接地点接地电阻而变化（接地电阻越小，电压升高幅度越大），在稳态时为相电压到线电压之间；在暂态时，尤其是间歇性接地时，如果接地电流较大会出现断续电弧，在线路上形成 Ｒ－ L － C 串联谐振电路，并发生电压谐振现象。由于电压波反射叠加和电压作用，在系统非线性元件上产生谐振过电压，从而使母线上出现危险的过电压（相电压的 2． 5 ～ 3 倍），导致母线上连接设备绝缘薄弱点击穿。
（2）在6 ～35 kV 电网中，普遍采用中性点不接地或经过消弧线圈接地方式，其母线上 Y 0 接线的电磁式电压互感器一次绕组成为中性点不接地电网对地的唯一金属通道，电网相对地电容的充、放电必然通过电压互感器的一次绕组，这种慢变过程使电压互感器铁心深度饱和。当电网接地消失时，电压互感器一次绕组中会出现数安培幅值的涌流，将电压互感器0.5A 高压熔丝熔断。即使这种涌流尚未达到熔断器的熔断值，但仍超过电压互感器的额定电流，长时间处于过电流状态下运行的电压互感器会烧毁，继而发生事故。
根据以上分析，A 变电站 10 kV II 段母线电压互感器一次绕组中性点直接接地，二次绕组中开口三角绕组负载是一个阻抗很大的电压继电器和一个阻抗更大的交流测量回路相并联。电压互感器接线图如图 1 所示。
图 1 常规电压互感器接线图
此种接线方式，在中心点非有效接地系统发生单相接地或弧光接地故障时，非故障相电压突升至线电压甚至更高，非故障相电压互感器铁心严重饱和，因而出现较大励磁电流，使系统电压中谐波分量大大增加，由此诱发谐振过电压，使电压互感器一次励磁电流迅速变大，导致电压互感器高压熔丝熔断。
四、解决方案
由于近几年配网发展迅速及高压电缆出线大量采用，电容电流和谐波分量有较大增长以及消弧线圈广泛使用，导致非有效接地系统发生大大小小的谐振，轻则使电网中性点位移，造成三相相电压不平衡并误报系统接地，重则使电压互感器过励磁烧断高压熔丝甚至发生短路。根据现场实际情况、以往经验和查阅相关资料，列出 3 种方案并逐一进行分析。
1.中性点经消谐电阻接地
电压互感器一次绕组中性点经消谐电阻接地如图 2 所示。该消谐电阻实际上相当于压敏非线性电阻，系统正常时因三相相电压对称，电压互感器一次中性点电压（即系统零序电压）很小，加在消谐电阻上的电压很小，其电阻值较大；系统单相接地时三相相电压不对称，电压互感器一次中性点电压较大，消谐电阻值变得较小（以 LXQⅡ －10 型电压互感器中性点用消谐电阻器为例，其未通电时电阻值为 6． 8 MΩ；通过峰值为 0． 3 mA 的工频电流时压降为 160 V，约合 530 Ω；通过峰值为 3 mA 的工频电流时压降为 562 V，约合 190Ω。这种方式在 10 kV 封闭式铠装电压互感器柜上大量使用，但在实践中发现，因消谐电阻在系统正常时电阻值较大，相当于电压互感器一次绕组中性点不接地，不能很好抑制电压互感器因系统暂时不平衡或参数变化产生的一次中性点位移，往往在三相线电压正常时三相相电压差别较大，且开口三角中也有较大电压值输出而误报系统接地并难以消除。这种方法存在较大缺陷，在现场实际运用中一般予以短接拆除。
图 2 经消谐电阻接地电压互感器接线图
2.二次开口三角绕组并接消谐灯
电压互感器一次绕组中性点直接接地，但二次绕组中开口三角绕组并接 1 只消谐灯如图 3 所示。消谐灯构造和普通白炽灯不同，内有低阻、高阻 2 组灯丝。系统正常电压互感器开口三角电压为不平衡电压时电阻很小（实测直流电阻为2.6Ω），能很好抑制电压互感器因系统暂时不平衡或参数变化产生的一次中性点位移；系统单相接地时流过消谐灯的电流增大，迅速烧热其内双金属片使之弯曲，灯丝切换到 50 Ω 高阻（实测工频100 V 时电流为 2 A），低于电压互感器开口绕组最大热稳定电流（一般电压互感器二次开口三角绕组极限输出容量 ＞ 400 VA。所谓极限输出容量是指电压互感器在1.2倍额定电压下保持热稳定所输出的最大容量，即在保证长时间通电而不烧毁电压互感器时，电压互感器开口三角绕组最大承受电流为 400 VA/33． 3 V = 12 A）。在开口三角绕组并接数值较小的电阻，使零序电流能够流通，等于给电压互感器铁心因三相电压不平衡产生的零序磁通提供一个退磁通道，使电压互感器不易饱和而诱发谐振过电压。
图 3 三角绕组并接消谐灯接线图
3.中性点经单相电压互感器接地
电压互感器一次绕组中性点经单相电压互感器接地，并把三相电压互感器开口三角绕组接成短路如图 4 所示。这种方法是在三相电压互感器一次侧中性点串接一个单相电压互感器，其一、二次侧额定电压与所接系统额定线电压或相电压相同（如 10 kV 系统变比应为 10 kV/100 V），三相电压互感器二次开口三角绕组短接，系统接地零序电压由单相电压互感器二次电压反映。采用这种方法，在系统发生单相接地或其他原因造成相电压升高时，由于三相电压互感器开口三角绕组接成短路，将电压互感器零序激磁电感短接，零序电压将按三相电压互感器漏抗和单相电压互感器零序阻抗来分配，这样零序电压几乎全部分在单相电压互感器上，避免了三相电压互感器铁心饱引起的过电压，也不会发生三相电压互感器过流造成保险熔断或烧毁电压互感器的事故。
这种方法需要注意：（1）监控系统 U、V、W 三相电压，应取图 4 中的 U un、U vn、U wn，同时中性点电压互感器一、二次极性应和三相电压互感器的极性一致，否则在系统单相接地时，各相电压显示不正确；（2）在系统单相金属性接地故障发生时，零序电压为 57． 7 V 而非传统的 100 V，相应定值应修正；（3）如果额外增加 1 台电压互感器，则需另增加投资并占用空间。
图 4 中性点经单相电压互感器接地接线图
结语
对于中性点直接接地的电压互感器间隔，建议在电压互感器二次开口三角上安装消谐灯或类似阻尼电阻，以消除非有效接地系统母线电压互感器在单相接地时的过励磁现象，并有效抑制因系统暂时不平衡或参数变化产生的一次中性点位移。另外，电压互感器一次绕组中性点经单相电压互感器接地是一种比较合理的方法，值得进一步研究的基础上加以推广应用。
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论文作者:黄亦东,林怀德
论文发表刊物:《基层建设》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/9
标签：电压互感器论文; 相电压论文; 绕组论文; 电压论文; 单相论文; 过电压论文; 系统论文; 《基层建设》2017年第19期论文;