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摘要：实验表明，中压配电网中性点不接地系统中，由电压互感器引起的相关问题主要有两个，一个是铁磁谐振，另一个是高压电压互感器高压保险熔断。这些问题的存在对于电力系统安全、稳定、可靠的运行也是十分不利的。
关键词：发电机出口；PT一次保险熔断；原因；防范措施
引言
发电机出口PT一次保险熔断的问题在系统中普遍存在（包括开机并网时的熔断、运行中的突然熔断、停机过程中的熔断等），会对测量、计量、保护等二次设备动作准确性产生直接影响，例如可能会影响发电机有功功率变送器输出给热工DEH的有功功率值，导致热工保护的误动作。现阶段发电机出口PT运行中二次保险熔断较好处理，但一次保险熔断因诱发原因复杂而增大了处理的难度，故本文将对发电机出口PT一次保险熔断的原因和防范措施进行深入分析，以便为相关研究者提供一些有益的参考和借鉴。
一、电压互感器的工作原理
电压互感器是利用电磁感应原理改变交流电压量的设备，将交流高电压转化成可供仪表、继电器测量或应用的变压设备，本质上是一个带铁心的变压器，主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成，当在一次绕组上施加一个电压U1时，在铁心中就产生一个磁通φ，根据电磁感应定律，则在二次绕组中就产生一个二次电压U2，电压互感器的一、二次绕组额定电压之比，称为电压互感器的额定变比KN。其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等，由于电压互感器的原绕组是并联在一次电路中，与电力变压器一样，二次侧不能短路，否则会产生很大的短路电流，烧毁电压互感器。
二、PT一次保险熔断原因分析
1、中性点直接接地
这种系统中一相接地时，出现了除中性点外的另一个接地点，构成了短路回路，接地相电流很大，为了防止损坏设备，必须迅速切除接地相甚至三相，因而其供电可靠性低。但由于故障时不会发生非接地相对地电压升高的问题，对于系统的绝缘性能要求也相应降低。在电压等级较高的系统中，绝缘费用在设备总价格中占相当大比重，降低绝缘水平带来的经济效益很显著，所以一般采用中性点直接接地方式，而以其它措施提高供电可靠性。
2、中性点不接地
这是最简单的电网接地方式。在这样的系统中，某一电压等级的变压器星型绕组中性点悬空，与大地完全没有电气连接。因此，当系统发生单相短路接地时，故障点不会产生大的短路电流，允许系统短时间带故障运行。这对于减少用户停电时间，提高供电可靠性是非常有意义的。
但是，另一方面，当系统带故障运行时，非故障相对地电压将上升很高，在金属性接地情况下可能达到1.7倍额定相电压，这容易引发各种过电压，危及系统绝缘，发生相间击穿，导致事故扩大。例如当发生单相间歇性电弧接地故障时，由于接地点的电弧间歇性熄灭与重燃，电荷不断地累积于线路对地电容上，使电网非故障相上出现间歇性弧光接地过电压，电压倍数可达3.5~4.0倍相电压，有时可能甚至更高。尽管这种弧光接地过电压一般不对符合标准的良好电气设备的绝缘构成威胁，但系统中不可避免地存在一些绝缘薄弱点，如有的设备在运行中由于受潮等原因，绝缘可能急剧下降；有的设备某些潜伏性故障在预防性试验中未检查出来等，过电压将会对这些设备产生危险。同时，由于设备参数配合或开关操作，将使过电压持续时间更长或倍数更高，进一步威胁设备绝缘。
3、经消弧线圈接地方式
对出线较多，线路长度较长，或者包含大量电缆线路的系统，当其电容电流超过一定数值时，单相接地故障时电弧不易熄灭，宜采用中性点经消弧线圈接地的方式运行。消弧线圈是具有一定容量的单相电感线圈，一般是一个带铁芯的扼流线圈，外形类似变压器。铁芯不易饱和，这有利于电网补偿调谐度的稳定性。它接在变压器的中性点与大地之间，其感性电流部分或全部补偿了线路的电容电流，使流过故障点的电流值大大减小，电弧易于熄灭，接地电弧不能重燃，从而使单相电弧接地过电压限制在2.3~3.2倍额定相电压，相对于中性点不接地系统来说，可适当降低设备绝缘水平。同时，采用消弧线圈接地的系统还可以有效地防止PT的铁磁谐振过电压。因此，这种接地方式得到了广泛的应用。消弧线圈有三种补偿方式：全补偿、过补偿和欠补偿。一般的做法是让消弧线圈工作在过补偿状态，脱谐度为5%~10%。这样做的原因在于全补偿方式虽然使单相接地故障的接地电流最小，却容易引起串联谐振，使中性点出线很高的位移电压。而欠补偿方式存在下列缺点：
1）当电网发生故障或切除部分线路，或者系统频率降低时，欠补偿趋向于全补偿，容易引发串联谐振。
2）不能满足电力系统发展的要求。
3）弧隙恢复电压的恢复速度较快。
这些缺点在过补偿的电网中完全不会发生。由于种种原因，电网的线路长度经常发生变化，这时往往要调整消弧线圈的运行分接头，改变其电感值，以便和电网的对地电容值相适应。现已经有电容电流跟踪装置应用在消弧线圈的自动调谐中。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆随着电网的发展，尤其是当越来越多的电缆线路接入系统时，这必然会导致电容电流越来越大，要求补偿用的消弧线圈的容量也随之增大。目前，一般消弧线圈的补偿电流最大在100A左右。对于电容电流达到几百安培的系统，就需要几台消弧线圈，从占地、经济上都将比较困难。同时，变电站运行中电容电流的变化范围也不断增大，自动跟踪补偿型消弧线圈的跟踪范围可能无法达到要求。在这种情况下，就需要考虑其它的接地方式。
4、铁磁谐振
在中性点不接地的电网中，由于变压器、PT等设备铁芯电感的磁路饱和作用，当电网等值电感和线路对地电容相匹配时，可以产生不同频率的铁磁谐振现象，激发产生持续的、较高幅值的铁磁谐振过电压，常遇到有三次谐波谐振、二倍频谐振、基波谐振、1/2分频谐振和1/3分频谐振等。在铁磁谐振的作用下，铁芯处于高度饱和状态，其表现形式可能是相对地电压升高，励磁电流过大，或以低频摆动，引起绝缘闪络、避雷器炸裂、高值零序电压分量产生以及“虚幻接地”出现等，严重时还可能诱发保护误动作或在PT中出现过电流引起一次保险熔断甚至PT烧坏等事故。发生铁磁谐振时，还可能导致停电事故，这就严重影响了电力系统的安全稳定运行。所以，有必要分析铁磁谐振产生的机理以及发生铁磁谐振时的一些特征，以便更好的防止铁磁谐振的发生。
5、熔管质量原因。
某些熔管出厂质量不合格，个别特性不好的保险在正常运行中熔断。摆放、运输时有过振动、跌落等会造成个别保险内部损伤，这些因素均可导致熔管熔断。
6、互感器质量问题。
互感器三相铁芯伏安特性不尽相同，互感器饱和引起过电压某一相或二相饱和点偏低，当系统电压略高于额定电压后励磁电流就会急剧增大，造成一次保险过流熔断。
7、环境原因。
安装环境潮湿、振动大，有灰尘和污染，可能引起保险老化及安装接触面接触电阻增大等现象。
发电机出口电压互感器一次插头动静触头因材质不同出现氧化层经常接触不好，连接螺栓松动，给熔断器带来额外的温升，PT熔断器所处理环境温度较高，熔丝是用熔点较低的金属材料制成的金属丝，由于熔丝极细，即便是受外力的振动也可能断裂。
三、发电机出口PT一次保险熔断防范措施
PT一次保险熔断原因复杂，需要采取综合措施加以治理，才能达到效果。
1、采用电网中性点经消弧线圈并联电阻接地方式
这种系统接地方式能够很好的抑制PT铁磁谐振过电压和过电流以及单相接地故障消失后系统对地电容放电而导致的PT过电流现象，是抑制PT一次保险熔断的有效措施。该方案在抑制PT过电流的同时，抑制电网的谐振过电压，在国内配电网现有运行水平的基础上，进一步降低过电压的危害，避免由此引发的绝缘薄弱环节击穿、避雷器爆炸、电缆对地击穿短路、虚幻接地等异常现象。
2、限制同一网络中PT的中性点接地的数量
《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》第4.1.5款明确规定：“减少同一系统中PT中性点接地的数量，除电源侧PT由高压绕组中性点接地外，其它PT中性点尽可能不接地”。这是为了增大网络的等值电感，破坏谐振条件。仿真结果也表明，同一系统中所有PT高压绕组都接地时的谐振过电压比其中部分PT中性点不接地时高，应视实际情况适当减少非电源侧PT高压绕组中性点接地数量。
3、解除PT二次消谐装置
考虑到PT二次消谐装置可能发生的误判断造成的危害，同时根据仿真结果表明，其效果不好，所以应该继续跟踪变电站的运行情况，根据运行效果考虑适时将其拆除。
4、严格控制设备质量
1）采用励磁特性较好的PT
新建变电站PT选型时尽量采用采用励磁特性较好的PT。PT伏安特性非常好，如每台PT起始饱和电压为1.5Ue，使PT在一般的过电压下还不会进入饱和区，从而不易构成参数匹配而出现谐振。显然，若PT伏安特性非常好，PT有可能在一般的过电压下还不会进入较深的饱和区，从而不易构成参数匹配而出现谐振。从某种意义上来说，这是治本的措施。
在新品投产验收中严格控制，每一批次的产品都要严格执行《电压互感器》中4.10.9的规定：厂家的产品励磁特性型式试验测量点至少包括额定一次（或二次）电压的0.2，0.5，0.8，1.0，1.2倍及相应于额定电压因数的电压值，并向用户提供励磁特性曲线。验收中严格按照《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》9.0.11的规定，选取测量点位额定电压的20%，50%，80%，100%，120%进行测试。
2）严格控制PT一次保险的质量
更换合格的高压熔断器，高压熔断器各项指标符合《交流高压熔断器》的规定，订货要求厂家提供高压熔断器的时间一电流特性曲线，并测试PT一次保险的直流电阻值，并在安装时候也要测试其直流电阻值，并在安装结束后，再测试一遍，检验接触性能是否良好。
5、PT二次开口三角处接入微电脑消谐装置
采用在PT开口三角处并接一双向可控硅，同时采用高性能微处理器及数据采集系统对取自开口三角的电网零序电压信号进行分析，经过计算后向可控硅发出指令。当系统发生铁磁谐振时，PT开口三角形出现伴有不同频率成分的零序电压，装置根据不同频率，不同电压值自动识别并区分铁磁谐振与接地以及是分频谐振还是高频谐振，若为接地，则由信号继电器发出接地信号。仅当地电网中发生铁磁谐振时，可控硅才会导通，三角形绕组被短接，在强烈的阻尼作用下迅速消失，当谐振消失后，可控硅恢复到阻断状态。
6、针对出口电压互感器一次插头动静触头因材质不同出现氧化层接触不好的现象，需要在设备检修的时候对插头进行打磨处理并涂上导电胶。
结语
运行经验表明，发电机出口PT一次保险熔断频繁，有的在更换保险后又多次出现熔断，严重影响了机组的安全可靠运行。因此，有必要分析发电机出口PT一次保险熔断的原因，并提出针对性防范措施，避免熔断事故的再次发生。
参考文献
[1]韩苗苗.火力发电机组机端电压互感器一次保险熔断分析与研究[J].科技创新导报，2016（8）.
论文作者:陈火芳
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第7期
论文发表时间:2017/9/6
标签：谐振论文; 过电压论文; 电压论文; 电流论文; 电压互感器论文; 系统论文; 电网论文; 《电力设备管理》2017年第7期论文;