摘要：电磁式电压互感器具有非线性电磁特性，铁心电感在磁路饱和的作用下激发铁磁谐振，产生高频、工频、低频谐振过电压。当中性点不接地系统接地故障消失后，由于系统电容电流需通过电磁式电压互感器释放能量导致PT流过大能量涌流以及低频振荡电流。这些都可能造成电压互感器熔断器烧毁或者电压互感器本身烧毁问题，严重危害电力系统的安全运行。
关键词：电压互感器；保护技术；应用
一、电压互感器概述
（一）电压互感器的概念
电压互感器是电力设备中最重要的设备之一，电压互感器是一种连接设备，主要用来连接电力系统中的一次电气回路与两次电气回路。而主电网在与用户沟通时需要借助中压配电设备，而配电设备的发展对电网设备的发展起着至关重要的作用。在新疆电网的发展中也十分重视配电设备的发展，所以，对电压互感器的要求也会越来越高。
（2）电压互感器的类型
电压互感器主要分为两种：一种是电磁式电压互感器，另外一种是电容式电压互感器，但是电磁式电压互感器是较传统的电压互感器，随着电力系统的不断发展，这种电压互感器已经不能适应电力系统的发展，而且电磁式电压互感器本身具有一定的缺陷，如电磁式电压互感器的体积很大，而且造价还很高，这些问题都会对电磁式电压互感器的性能产生一定的影响。相较之下，电容式电压互感器具有一定的优越性，目前，在电力系统中主要使用的就是电容式电压互感器，但是电容式电压互感器在电力系统的应用时间还比较短，所以，在实际的运用中还存在一定的问题。
二、PT烧毁原因分析
晋煤集团某35KV变电站属于中性点不接地系统，电源进线来自上级110kV变电站，35kV系统母线采用单母分段接线，母线PT采用电磁式电压互感器，雷雨天气，系统发生接地后，常发生由于接地造成的电压互感器烧毁现象。对供电设备造成严重威胁，影响煤矿供电系统的安全。针对引起PT故障的原因，本文提出一种解决方案，在PT一次侧的中性点通过碳化硅并联真空开关接地、二次侧通过控制器智能控制可控硅短路PT零序绕组激发补偿励磁阻抗，有效的保护PT的正常运行。
（一）涌流
对于中性点不接地系统，当系统发生单相接地时，故障点流过电容电流，未接地的两相相电压升高√3倍。但是，一旦接地故障点消除，非接地相在接地故障期间已充的线电压电荷只能通过PT高压线圈经其自身的接地点流入大地，在这一瞬间电压突变过程中，PT高压线圈的非接地两相的励磁电流就要突然增大甚至饱和，导致健全相的PT烧毁及PT高压限流熔断器熔断的事故发生，这也是在现行的电力系统中3-35KV的PT频繁发生事故的主要原因。
（二）低频振荡
当系统发生单相接地，故障消失时，由于接地点的断开，系统电容电流释放通道被断开。而PT中性点成为电荷释放的唯一通道，PT的涌流导致PT严重饱和，从而使PT产生低频振荡。在低频谐振时流过PT的电流最大，励磁阻抗明显降低，励磁电流显著升高，导致PT熔丝熔断严重时导致PT烧毁。
（三）其它原因
1)单只PT饱和特性合格，但三只PT饱和特性不匹配也会影响PT正常运行。三只PT不同混装也是PT烧毁的原因之一。2)打雷引起的雷电过电压也易引起PT烧毁。
三、PT保护解决方案
（一）选择选线准确率高小电流选线装置
系统发生单相接地后,如果不能及时选择出接地线路，接地时间长，使PT长时间在接地状态下运行过流发热，导致保险断、烧毁事故。因此可靠的选线装置是保护PT的有效措施之一。
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（二）饱和点
原有三只PT不是同一厂家，型号不同，调整原有PT为同一厂家生产；另外，提高PT饱和特性，应选择饱和点比较高的，防止接地时因相电压上升到线电压，普通电压互感器饱和点过低而导致PT保险断、PT烧毁的事故。
（三）打雷引起PT保险断、PT烧毁的现象
更换架空线路户外避雷及进线柜避雷器，方波电流为800A/2ms，PT柜内避雷器更换普通母线避雷器为大容量吸收器。大容量吸收器利用氧化锌的物理特性，处理速度达到纳秒级，局部限制单相接地、雷击过电压产品的危害，吸收能量大（3200A/2ms），吸收母线过电压对PT的影响。
（四）电压互感器一次系统保护措施
电压互感器中性点一次消谐器旁边并联一个真空开关进行接地，系统正常情况下，真空开关K闭合，旁路一次消谐器（SiC），中性点直接接地，中性点电压不偏移，系统测量保护所需电压正常，不会因中性点电压偏移造成的测量和保护电压不准确现象。系统发生接地或电压互感器发生铁磁谐振或时，电压互感器中性点发生偏移，互感器开口三角产生零序电压，互感器高压绕组产生零序电流。控制系统发出命令使真空开关断开将一次消谐器投入，抑制系统产生的谐振，系统接地故障消失后，真空开关延时闭合，抑制高压侧绕组产生的涌流。
（五）电压互感器二次保护措施
电力系统中，由于电压互感器的非线性电感与线路对地电容的匹配而引起铁磁谐振过电压，威胁电力系统的运行，严重时会引起电压互感器（PT）的爆炸、熔断器熔断，造成事故。目前使用的二次消谐绝大多数是分频消谐,这些装置的原理均是采用模拟选频的原理，功能单一，只对单一频率的谐振有效。本项目采用全频0-300HZ消谐。全频0-300HZ的二次消谐器将微机技术用于电网消谐，利用计算机快速、准确的数据处理能力实现傅立叶分析，其选频准确。通过对PT三相电压及开口三角电压的采集，对电网谐振时的各种频率成份能快速分析，准确地辨出是：单相接地、过渡过程、电网谐振。如果是谐振，根据不同频率，计算机发出不同的指令使不同的消谐电路投入，实现快速消谐。工作过程是：若发生铁磁谐振，电压互感器饱和，高压绕组将产生零序电流，二次侧开口三角两端感应出零序电压，控制器发出指令投入二次消谐电阻，产生零序电流进行二次消谐。实际应用中，利用可控硅，在发生谐振时，由CPU采集数据，超过正常电压值后使可控硅导通，使谐振瞬间消除。谐振消失后，可控硅又恢复阻断状态。
四、电压互感器的运行方式安排的注意事项
对双母线接线或单母线分段接线方式的变电站，无论双母线是并列运行还是分段运行，电压互感器均应与所在母线同时投退；在母线并列运行时，电压互感器不允许二次侧长期并列运行，只在其中一台电压互感器因故必须退出运行时，才允许二次侧短时并联运行，然后退出需检修的电压互感器，同时，还要做好因此而产生的有二次侧向电压互感器反充电的防范措施，并充分考虑对继电保护、自动装置、计量装置的影响并做好相应的防范措施。而随着科技的不断进步、综合保护装置的推陈出新，各种电压自动并列装置、电压切换装置也应运而生，在使用时应注意：并列时先并一次，合母联/分段开关，并且需将母联/分段开关的两侧刀闸、开关接点串接到电压互感器并列回路中，确保在一次并列情况下二次才能并列。
五、结论
电压互感器是电力系统中一次电气回路与二次电气回路间不可缺少的连接设备，其精度及可靠与电力系统的可靠性和经济运行密切相关。目前，电网中普遍采用电磁式电压互感器或者电容分压式电压互感器进行电压测量、电能计量和继电保护。作为众多电气设备的一个，电压互感器在为保护装置、计量仪表等提供电压信号，为操作回路提供电压等方面，起着重要而独到的作用，是电网、变电站变配电系统中有有效而重要的组成部分，做好电压互感器的选型、关注电压互感器的接地保护、确保电压互感器的并列安全，保障供用电的稳定可靠，是每一位设计和运行维护人员不可推却的责任。
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[4]邱红辉.电子式互感器的关键技术及其相关理论研究[D].大连理工大学,2008.
论文作者:张晓磊,段兵德,卫程
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/20
标签：电压互感器论文; 谐振论文; 电压论文; 母线论文; 过电压论文; 电流论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第25期论文;