摘要：本文简要介绍了35kV变电站母线用电压互感器消谐装置的特点，并以实际工作的故障为例，着重论述了运行中遇到的问题和处理方法，阐述了35kV变电站母线电压互感器一次侧加装消谐器的必要性。
关键词：电压互感器；消谐器；措施分析
前言
中性点不接地系统中，当电压互感器突然合闸时，一相或两相绕组会出现涌流以及发生传递过电压时可能使得电压互感器三相电感程度不同产生严重饱和，形成三相或者单相共振回路，导致激发各次谐波谐振过电压。为了防止谐振过电压，本质上需要破坏激发谐振过电压的条件，目前常常使用母线电压互感器高压绕组中性点串接一个单相电压互感器接线方式，但是在实际中发现山于设计和工艺的问题，存在三相电压互感器中性点绝缘薄弱导致对地放电，起不到防止谐振的作用，因此需要对其进行深入分析探讨。
一、工作过程中的案例分析
1.某公司220kV变电站35kV母线PT故障
2017年10月，公司辖区内某220kV变电站，站内设备采用GiS设备220kV，110kV均采用双母线接线，35kV采用单母线分段接线，金属封闭式开关柜设备。22日，调度调控人员收到35kⅡ段母线接地信号，A，B，C相线电压轮流升高变化，最高达到38.5kV，B相最低到0.28kV，之后监控看不到母线三相电压数值。运维人员按照调度人员指令对35kVⅡ段母线PT开关柜进行检查，发现母线PT三相高压熔断器均已熔断，拉出刀闸手车后，发现互感器壳体开裂。检查过程中发现，A，B两相的互感器的二次接线外绝缘烧熔，三相中性点端子连接处对地有放电痕迹。运维人员现场对电压互感器进行诊断性试验，试验数据正常，但其伏安特性曲线变形较差。伏安特性不合格，常视为中性点不接地系统引发谐振过电压的重要证据。
2.故障原因分析
谐振过电压对于设备绝缘具有极大的破坏性，谐振过电压持续时间长，对于电压互感器的铁芯材料而言，山于其磁化曲线与电流的关系不是完全的线性关系。当电压升高时，磁通就增加，到一定程度后，电压再提高而磁通却不会再增加，这就是铁芯饱和。铁芯饱和后，互感器二次输出的电压波形将发生变化，使得励磁电流增加，绕组绝缘破坏发生层间短路或匝间短路，发热损坏。其中分频谐振为最常见，现象是使得三相电压轮流升高或同时升高，一般在1.2--1.4倍相电压间做低频摆动。此次事件中，三相对地电压轮流升高说明系统中可能有弧光接地或谐振。中性点不接地系统中，电磁式电压互感器产生谐振的根本条件是其线路对地的容抗值刚好等于感抗值。为了破坏这一条件，常在电压互感器高压绕组中性点串接一个单相电压互感器或消谐装置。现场检查发现该事故母线电压互感器采用串接单相电压互感器的方式。
3.电压互感器的接线方式
对于母线电压互感器，一般有3个绕组，1个高压绕组、1个二次侧绕组、1个开口三角绕组。三只单相互感器由于磁阻较大，绝缘水平高，可以将与三相电压器一次绕组中性点连接处看成对地是绝缘体并接地。因此可以避免谐振。
4.现场问题分析
然而在此次事件开口三角并没有起到应有的作用，现场发现用于隔离母线电压互感器和单相电压互感器的金属隔板上有放电痕迹，且有三相母线电压互感器高压侧绕组中性点端子至单相电压互感器的连接铝排对金属板（相当于对地）有放电痕迹。该铝排外包有绝缘护套且穿过上，下隔离的金属板。现场发现，在发现非永久性故障的接地短路时，三相电压互感器中性点的引出点N。将承受很高的电压（不得大于15%的绕组正常相电压），而在高电压下，包裹在铝排外面的绝缘护套被击穿，导致铝排对金属板放电，此时串接在中性点上的单相电压互感器相当于被电弧短接，三相电压互感器中性点直接接地，单相电压互感器不能起到避免谐振过电压的作用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆根据现场掌握的情况，认为是B相线路某处发生了非永久故障的接地短路，引发传递过电压导致中性点电压位移，击穿绝缘使得单相电压互感器短接，发生了谐振，产生的过电压使得A，C绝缘损坏。
5.改进措施探究
可以看出造成此次事故的实质原因是铝排距离不够对金属板放电，这是设备出场前设计上存在问题所遗留下来的。针对该事件，笔者经过梳理，提出具体的改进方案为：由于N点是绝缘最容易破坏的风险点，因此结合现场实际加强绝缘成为改进的目的。最切实可行的方法就是增大空气间隙，使得绝缘很好配合。具体如下：（1）增大三相电压互感器一次侧绕组中性点引出线与金属板的距离，距离增大到3-4cm；（2）将三相电压互感器中性点至单相电压互感器的连接铝排改为软铜线，增大连接线的载流量，缩小连接线的半径增大与金属板的距离；（3）在三相电压互感器辅助绕组开口三角绕组间并联阻尼电阻，消耗能量；（4）选用励磁特性饱和点较高的电压互感器，满足在1.9倍最高线电压下不发生铁芯饱和；（5）在三相电压互感器一次侧绕组中性点引出和串接消谐电阻。经过改进后，电压互感器出现因励磁电流增加引起铁芯饱和而诱发的铁磁谐振过电压的风险明显降低，极大地提高了电网安全稳定运行的可靠率和持久性。
二、预控措施探究
为了减少或避免电压互感器烧毁事故，保证电网安全运行，文中提出了几条预防方法。（1）退出有关的快速切换装置出口，实现方式有好多，可以通过退出相关母线开关分合闸出口压板、也可以在迅速切换装置中将控制字“出口投退”置零等。在把熔丝换成新的以后，必须要检查一些数据和指标是不是正常，来保证换了丝之后电压的二次回路没有问题，特别是在恢复必要的安全措施之前。那么这些数据和指标都有哪些?①35kV母线PT间隔上的电压表指示；②35kV母线上的所有辅机、变压器综合保护装置内电能计量系统、电压值；③35kV母线PT间隔内电压二次回路电压值；.DCs画面中对应35kV母线电压指示值；⑤查看快速切换装置内的“后备失电”（装置根据母线电压值全部丢失判断）、“位置异常”（装置根据母线PT小车刀闸接点丢失判断）等异常闭锁信号是不是可以复位。
（2）选择恰当的熔断器—电压互感器中产生过大的励磁电流时，熔断器会立即熔断起到保护互感器，避免故障进一步扩大的作用。所以在选择熔断器时应当选择动作电流小、动作速度快的高压熔断器。
（3）选择合适的设备型号—应当选择伏安特性曲线比较好的互感器，这样在发生接地故障的时候铁芯不容易饱和，就避免了感抗的减少
（4）装设消弧线圈—35kV系统通过曲折变压器加装消弧线圈，使消弧线圈夹具接地电弧的熄灭，这样可有效防止弧光接地故障。
（5）增大回路阻尼效应。①使用微机型二次消谐器，也就是在二次开口三角绕组接入二次消谐器，它能够来回往复的检查PT开口三角电压。在正常工作状态下，装置内的这些消谐器元件都处在一个阻断的状态，对整个系统的运行不会产生影响。一旦PT开口的电压高于30V时，消谐装置在对相关数据计算以后，得出故障的类型。如果是铁磁谐振，消谐电路会立刻被消谐器启动，令铁磁谐振在阻尼作用之下快速的消失；如果是过电压或者单相接地故障，则仅仅给出报警信息；②使用LXQ型一次消谐器。也就是在电压互感器一次侧中性点与地直接安装消谐器，安装以后增大了零序阻尼，从根本上消除了谐振条件的成立，而且也能防止弧光接地过电压引起的谐振。
三、结束语
谐振过电压对于整个电网的安全稳定运行，供电质量的可靠性，电气设备、人员的安全无疑危害巨大，本文通过对中性点不接地系统中一起电磁式电压互感器烧损事件的现象分析，提出对其的疑问，通过探讨分析还原事件过程，提出了改进措施，即增大空气间隙，强化中性点绝缘，从而破坏谐振过电压激发的条件，提高电网的稳定性。
参考文献
[1]王越明，王朋.变压器故障诊断与维修[M].北京：化学工业出版社，2011.
[2]于永源，杨绮雯.电力系统分析[M].北京：中国电力出版社， 2004.
论文作者:刘希峰,张艳艳,董铁孝
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/9
标签：电压互感器论文; 过电压论文; 母线论文; 谐振论文; 绕组论文; 相电压论文; 互感器论文; 《电力设备》2017年第30期论文;