摘要：单相电压互感器组成三相互感器组，由于励磁特性的不同组合后的状况也不同，为避免10kV电压互感器出现类似”虚幻接地”和输出电压不平横的现象，进行了技术的引进吸收和利用，已经到达了电磁理论的尖端，为我们今后解决10kV电压互感器出现类似”虚幻接地”的现象，提供了一个非常好的范例，确保10kV的供电系统的安全稳定运行，较少故障的发生，创造无法估量的社会效益。
关键词：电压互感器；过饱和
1 问题分析
2014年初，发现220kV北郊变电站10kV电压指示A相电压1kV、B相电压8.5kV、C相电压9kV，显示单相接地，技术人员对线路进行巡视均正常，随后A相电压互感器烧损。我们当时找了三台单相（羊角式）电压互感器，组成了一台三相电压互感器，按照正常恢复接线后，投入运行后显示依然是单相接地现象。我们先后查找原因，排除10kV母线系统、主变压器的影响、10kV线路用户的因素和当时一次系统的运行情况，最后当电压互感器从系统接入后，再测量10kV系统电压则三相均正常。通过事故分析会，我们将故障点确定为10kV电压互感器。
通过例会研究，我们把解决这个问题立项为：10KV电压互感器故障分析及采取措施。要求在本年内完成，研究资金由兴安运维分部解决，设备由物资提供，技术人员由兴安运维分部组成。利用2个月完成故障的定性工作，用2个月完成理论性的可行性研究工作，最后是实施和试运行阶段。
首先是对异常现象的电磁式电压互感器进行试验，单相试验、组合在一起进行试验，测量在不同电压下和超出额定电压1.1倍的试验电压下的输出电压值。由三只羊角式单相电压互感器组成10kV系统电压计量保护设备，在系统不正常时，开口三角处感应出较高的电压，发出系统单相接地信号，由于较长时间运行，致使互感器烧损，造成停电故障。
2 故障分析及绝缘监测
在35kV及以下中性点不接地系统中，利用电磁式电压互感器开口三角构成的绝缘监察装置来监视系统绝缘状况。其工作原理是根据中性点不接地系统中，发生单相接地时在开口三角绕组两端出现零序电压。
绝缘监视用电压表中性点没有直接接地，而是经开口三角绕组接地，这种接法在系统发生单相接地时，绝缘监视电压表的读数与正常运行时相比则是一相升高（实际的接地相），两相降低（非接地相），因而造成”虚幻接地”现象。这给判断分析故障带来困难，避免方法是接线后，由专人检查，确认无误后方可投入运行。
辅助二次绕组极性接错，这会导致绝缘监察装置动作而发出接地信号，出现”虚幻接地”现象。避免方法是辅助二次绕组串接好后，测量开口三角绕组两端电压，系统正常情况下，其电压为零则正确，反之接线错误。
电磁式电压互感器励磁特性不同引起的异常现象。当采用三台单相电压互感器构成绝缘监察装置时，若三台电压互感器励磁特性不同会出现接地现象，这给技术人员造成错觉，将给电网的安全运行带来很大的威胁。防止和消除谐振措施是改变参数破坏产生谐振条件和接入阻尼电阻增大回路的阻尼效应。
电磁式电压互感器铁芯饱和引起的铁磁谐振现象。电磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压，从本质上讲是由于电磁式电压互感器的非线性电感与系统的对地电容构成的铁磁谐振所引起的。在中性点绝缘的电网中，电磁式电压互感器铁芯饱和引起的铁磁谐振过电压，这种过电压发生时，由于电压互感器的铁芯饱和，导致其绕组的励磁电流大大增加，严重时可达其额定励磁电流的百倍以上，从而引起互感器的熔断器熔断、喷油、绕组烧毁甚至爆炸；在有些情况下，这种过电压可能很高（最大为相电压三倍左右），引起绝缘闪络或避雷器爆炸。另外，当这种过电压发生时，还会出现虚幻电磁式电压互感器励磁特性不同引起的异常现象和铁芯饱和引起的铁磁谐振现象引起的。
针对上述几点的分析，我们对10kV电压互感器的故障有了比较明确的认识，发生故障的原因是，出现输出电压不平衡和”虚幻接地”现象。其原因是三台单相电压互感器的激磁阻抗不相等，相当于三相不对称负载，这样会使中性点产生位移，零序电压叠加在正序的电源电压下，造成各相负载电压不平横，零序电压会在辅助二次绕组中出现。当激磁阻抗差别不太大时，只能导致输出电压不平衡；当激磁阻抗差别较大时，并使开口三角绕组两端的零序电压大于绝缘监察装置电压整定值时，就会使电压继电器动作，发出接地信号，从而造成”虚幻接地”的现象。避免方法是选用相同材料、采用电工硅钢片性能保持一致，并在工艺上使铁芯的加工方法保持一致，确保配套使用的电压互感器励磁特性一致。
3 数据测量及分析
新电压互感器型号：JDZX10-10型（编号为：04326、04327、04328）电压比为10000/√3／100/√3/100/3，锦州市互感器厂生产、于2009年11月出厂。旧电压互感器型号：ZDZJ-10型（编号为：1011、3013、3030）电压比为10000/√3／100/√3/100/3，由牡丹江市互感器厂生产、于2005年出厂。
表2 新、旧电压互感器单相变比测试数据
表3 新、旧电压互感器三只单相组合成三相的变比测试数据
根据上述测试数据分析，单只电压互感器的试验数据新旧对比差别不太大，而三只组合在一起时，二次电压和开口三角处的电压就相差得太大了。由于铁磁材料的非线性特性，当正弦波电压加到带铁芯的线圈时，磁通的波形是正弦波，励磁电流则是尖顶波，磁密越高，励磁电流波形畸变越严重。非正弦波可以分解成许多高次谐波。交流电路中的这些波形与横轴对称，不含有偶次谐波，只含有奇次谐波，其中三次谐波所占比例最大，故在分析时通常都忽略五次及以上的高次谐波。三相系统中A、B、C三相基波的相位差是2π／3，而三次谐波则是同相位的。当接地电压互感器用于中性点直接接地系统时，励磁电流中的三次谐波分量有通路，故磁通和感应电势都接近正弦波，各相的励磁基波和三次谐波分量相加后得出三相励磁电流为一不平衡系统。磁通密度越高，不平衡越明显。这就是问题出现的主要原因，特别是当电压在额定电压的1.1倍时，差别就更大了。在测试过程中读取不同点的电压值寻求饱和点是个技术难点，分析不同单相电压互感器的励磁特性，寻求性能比较接近的电压互感器进行组合是个创新点。本项目深入分析了铁磁材料的性能，并在寻找理论支撑点方面做了大量的试验工作。
当组合成三相电压互感器时，理论上讲，二次电压应该在57.7V，开口三角电压为零。当考虑到系统三相电压的不平衡及互感器本身特性的影响，将容许出现一些电压的偏差。新组合互感器的二次电压和旧的相差不大，而开口三角电压要相差得比较多，出现了正常不能容许的电压值，并且当电压超过额定电压时，旧组合的电压互感器开口三角电压急剧增加，当大约在11000伏时，二次电压在140伏、三角电压已到达220V，可见本类型的电压互感器磁通密度比较高，铁芯严重饱和，三次谐波电压非常高，是造成系统指示异常的主要原因。而新组合的电压互感器当电压在11kV时，二次电压在70V、三角电压只在20.4V。电压增加量仍在互感器磁通的线性段上，铁芯没有饱和，三次谐波电压几乎没有。
当互感器电压接近额定或比额定稍高些时，励磁特性比较好的互感器和励磁特性不太好的互感器在开三角处的电压差别就比较大，其值足以使电压监察装置动作，发出”虚幻接地”信号，比较长时间状态下互感器发热较大。
通过上述数据比对，单相电压互感器组成三相互感器组，由于励磁特性的不同组合后的状况也不同，我们发现了类似问题，相应地采取了一定的措施，取得了非常好的效果。从投入运行以来，设备达到了预期目的，解决了类似的问题，确保10kV的供电系统的安全稳定运行，使得故障的发生率大大降低，创造了无法估量的社会效益。防止电磁式电压互感器损坏，减少设备的资金投入，其经济效益也是显而易见的。为以后使用单相电磁式电压互感器组成三相电压互感器提供了难得可贵的经验。从电磁理论来说，此项技术的引进吸收和利用达到了又一个高度，对电磁式电压互感器的认识也上一个台阶，为今后解决10kV电压互感器出现类似”虚幻接地”的现象，提供了一个非常好的范例。
参考文献：（至少3条）
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作者简介：
曲文平（1989.7-），男（汉族），兴安盟，国网蒙东检修公司兴安运维分部，职称：助理工程师。
论文作者:曲文平
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/20
标签：电压互感器论文; 电压论文; 单相论文; 互感器论文; 相电压论文; 组合论文; 谐波论文; 《电力设备》2018年第34期论文;