摘要：電壓互感器（PT）作為變電站中保護和計量的主要設(shè)備，在運行中起著至關(guān)重要的作用。其電壓互感器高壓熔斷器頻繁熔斷不僅造成了經(jīng)濟損失，而且也影響正常的保護和計量工作，成為電網(wǎng)安全運行的隱患。先介紹電壓互感器的作用、概述電壓互感器熔斷器熔斷的常見原因，然后結(jié)合變電站現(xiàn)場發(fā)生的PT熔斷器熔斷現(xiàn)象，通過理論分析，對變電站PT熔斷器熔斷現(xiàn)象的根本原因做出解釋，為今后可能出現(xiàn)的類似問題提供參考和借鑒。
關(guān)鍵詞：電壓互感器；鐵磁諧振；高壓熔斷器熔斷；電壓互感器高壓熔斷器頻繁熔斷
前言，在10kV配電線路中，時常會出現(xiàn)電壓互感器一次測熔絲頻繁熔斷的故障，本文通過對此類現(xiàn)象的觀察與研究，了解了為何會頻繁的出現(xiàn)熔斷現(xiàn)象并對此展開了一系列的分析，從而了解了如何才能針對此現(xiàn)象發(fā)生的原因采取相對應(yīng)的改善措施。
運行中的電壓互感器發(fā)生一相熔絲熔斷后，電壓表的數(shù)值與二次回路中負(fù)載有關(guān)，因為二次電壓可接電壓表，電度表及繼電器的電壓線圈構(gòu)成回路，概括地定性為：當(dāng)一相熔絲熔斷后，與熔斷相有關(guān)的相電壓表、線電壓表指示均有不同程度的降低，與熔斷相無關(guān)的相電壓表和線電壓表指示正常。
在10kV配電線路中(中性點不接地系統(tǒng)中，帶有絕緣監(jiān)察的五柱電壓互感器，當(dāng)高壓側(cè)發(fā)生一相熔絲熔斷時(在高低壓繞組中性點接地情況下)，由于未熔斷兩相的相位差120°，合成結(jié)果出現(xiàn)零序電壓，在鐵芯中產(chǎn)生零序磁通，在二次輔繞組開口三角兩端間出現(xiàn)25v(左右的零序電壓，電壓繼電器可能動作(電壓繼電器整定值為25-40v)發(fā)出接地報警信號。另外，當(dāng)電壓互感器一次側(cè)一相熔絲熔斷后，由于熔斷相與非熔斷相的磁路相通，非熔斷兩相的合成磁通通過熔斷相的鐵芯和邊柱構(gòu)成磁路，結(jié)果熔斷相的二次繞組中，感應(yīng)出電動勢(通常為0~60%的相電壓)，故二次側(cè)電壓表指示不為零。
1、電壓互感器熔絲熔斷現(xiàn)象：
1、電壓互感器三相熔絲熔斷
1)中央信號屏光字牌顯示PT斷相;
2)電壓表相電壓、線電壓無指示;
3)有關(guān)電力表、電能表停止運行。
2、電壓互感器二相熔絲熔斷
1)中央信號屏光字牌顯示PT斷相;
2)線電壓表無指示，相電壓表只有非熔斷相指示相電壓，熔斷兩相相電壓表無指示;
3)有關(guān)電力表、電能表停止運行。
3、電壓互感器一相熔絲熔斷
1)中央信號屏光字牌顯示.PT斷相;
2)相電壓表指示：熔斷相電壓降低大于0;非熔斷兩相相電壓正常;線電壓表與熔斷相有關(guān)的線電壓降低，無關(guān)相線電壓正常;
3)有關(guān)電力表指示降低，電能表轉(zhuǎn)速降低;
4)電壓繼電器可能動作，發(fā)出接地報警信號。
一、電壓互感器作用
1、把一次回路的高電壓按比例關(guān)系變換成100V或更低等級的標(biāo)準(zhǔn)二次電壓，監(jiān)視母線電壓及電力設(shè)備運行狀況，并提供測量儀表、繼電保護及自動裝置所自動裝置所需要電壓量，保證系統(tǒng)正常運行。
2、可以將一次側(cè)的高電壓與二次側(cè)工作的電氣工作人員隔離,且二次側(cè)可設(shè)接地點,確保二次設(shè)備和人身安全。
3、使二次回路可采用低電壓控制電纜,且使屏內(nèi)布線簡單,安裝、調(diào)試、維護方便,可實現(xiàn)遠(yuǎn)方控制和測量。
二、電壓互感器損壞及高壓熔斷器熔斷的危害
1、對變電設(shè)備的危害:一般情況下,系統(tǒng)中最常發(fā)生的異常運行現(xiàn)象是諧振過電壓。雖然諧振過電壓幅值不高,但可長期存在。尤其是低頻諧波對電壓互感器線圈設(shè)備影響的同時可能會危及變電其它設(shè)備的絕緣,嚴(yán)重的可使母線上的其它薄弱環(huán)節(jié)的絕緣擊穿,造成嚴(yán)重的短路事故甚至大面積停電事故。
2、對運行方式的危害:出現(xiàn)電壓互感器燒壞及高壓熔斷器熔斷現(xiàn)象后,如不能馬上修復(fù),將導(dǎo)致母線不能分段運行。
3、對人員的危害:一旦發(fā)生電壓互感器損壞或高壓熔斷器熔斷現(xiàn)象,將會給運行人員巡視設(shè)備時造成人身傷害。
4、）降低供電可靠性和少計電量:若電壓互感器損壞或高壓熔斷器熔斷，則無法準(zhǔn)確計量，直接造成電量損失或計量不準(zhǔn)確。同時保護電壓的消失將嚴(yán)重危及供電設(shè)備的安全運行。
三、電壓互感器高壓熔斷器頻繁熔斷原因
?。?）系統(tǒng)運行環(huán)境變化，出現(xiàn)危及系統(tǒng)安全運行的鐵磁諧振，引起電壓互感器一、二次側(cè)熔斷器熔斷。
?。?）一次系統(tǒng)發(fā)生單相接，產(chǎn)生弧光接地過電壓。
?。?）二次負(fù)載過重，將導(dǎo)致電壓互感器熔斷器熔斷。
?。?）低頻飽和電流可引起電壓互感器一、二次熔斷器熔斷。
?。?）電壓互感器一、二次繞組絕緣降低、短路故障或消諧器絕緣下降可引起一、二次側(cè)熔斷器熔斷。
?。?）電壓互感器X端絕緣水平與消諧器不匹配導(dǎo)致一、二次側(cè)熔斷器熔斷。
?。?）操作方法不當(dāng)，不按規(guī)程操作。
四、電壓互感器高壓熔斷器頻繁熔斷原因?qū)嶋H案例
2010年8月2日，某變電站35kVI段母線電壓互感器高壓熔斷器A相熔斷，型號為xrnp6-40.5/0.5-31.5-1，變電站運行人員依據(jù)該站現(xiàn)場運行規(guī)程進(jìn)行處理，及時更換已熔斷的高壓熔斷器，8月7日，35kVI段電壓互感器高壓熔斷器A、C相又發(fā)生相繼熔斷現(xiàn)象，有關(guān)人員對電壓互感器進(jìn)行全面檢查和高壓試驗，結(jié)果沒有發(fā)現(xiàn)任何異常。
2009年2月，某變電站將兩組型號為JSJW-10Q的10kV油浸式互感器更換為型號為JDZX9-10Q的干式互感器。2009年3月12日該PT開始出現(xiàn)高壓熔斷器熔斷。故障出現(xiàn)時，變電站運行人員根據(jù)相關(guān)規(guī)程進(jìn)行處理，及時更換已熔斷的高壓熔斷器。3月16日，該PT高壓熔斷器又出現(xiàn)A、C相熔斷現(xiàn)象。對這次高壓熔斷器熔斷，有關(guān)人員采取了加固PT一次N端接地，并再次對該PT進(jìn)行高壓試驗。試驗表明，這兩次高壓熔斷器熔斷時，該段母線均有10kV線路接地現(xiàn)象。
五、電壓互感器高壓熔斷器頻繁熔斷原因案例分析
第一起故障經(jīng)過檢查，排除了由PT本身絕緣降低及操作不當(dāng)?shù)仍蛟斐傻母邏喝蹟嗥魅蹟?，?jīng)過分析與討論，初步認(rèn)為故障主要原因可能是由于電壓互感器高壓熔斷器容量配置不足造成的。
第二起故障根據(jù)PT高壓熔斷器熔斷的常見原因，結(jié)合現(xiàn)場的故障現(xiàn)象以及相關(guān)的高壓試驗結(jié)果，經(jīng)過分析與討論，初步認(rèn)為故障主要原因可能是系統(tǒng)產(chǎn)生鐵磁諧振引起的。
電力系統(tǒng)的任一回路都可簡化成電阻R、感抗wL、容抗1/wC的串并聯(lián)回路。不管是串聯(lián)還是并聯(lián)回路，當(dāng)容抗1/wC和感抗wL相等時，這個回路就會發(fā)生諧振?；芈分械碾姼性碗娙菰蜁a(chǎn)生過電壓和過電流，此時的電場能量（電容）與磁場能量交換達(dá)到最大值。在高壓回路中，由于線路等電氣設(shè)備對地存在分布電容，再加上電壓互感器之類的非線性鐵磁元件電感的存在，具備了構(gòu)成諧振的必要條件，一旦系統(tǒng)電壓發(fā)生擾動，就有可能會激發(fā)諧振，由于鐵磁元件的非線性（如鐵芯飽和時感抗會變?。?這一諧振會進(jìn)一步增大，當(dāng)出現(xiàn)wL1/wC時，這種諧振稱為鐵磁諧振。鐵磁諧振對地產(chǎn)生很高的過電壓，此電壓可能是額定電壓的幾倍至幾十倍，致使瓷絕緣放電，絕緣子、套管等的鐵件出現(xiàn)電暈，電壓互感器一次熔斷器熔斷，嚴(yán)重時將損壞設(shè)備。
在實際運行中產(chǎn)生鐵磁諧振的具體原因，可能有以下幾方面：①中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地、單相斷線或跳閘，三相負(fù)荷嚴(yán)重不對稱等。②與電壓互感器鐵芯的飽和程度有關(guān)。在中性點不接地系統(tǒng)中使用中性點接地的電壓互感器時，若其鐵芯過早飽和則更容易產(chǎn)生鐵磁諧振。
?、鄣归l操作過程中由于運行方式恰好構(gòu)成諧振條件，如三相斷路器不同期分合時，都會引起電壓、電流波動，引起鐵磁諧振。
由于本次電壓互感器高壓熔斷器熔斷的故障是更換電壓互感器后才頻繁產(chǎn)生，因此進(jìn)一步認(rèn)為：由于新舊PT結(jié)構(gòu)的不同，致使該變電站10kV設(shè)備在外界系統(tǒng)發(fā)生不對稱接地時更容易發(fā)生諧振，結(jié)果導(dǎo)致該PT的高壓熔斷器頻繁熔斷。
六、電壓互感器高壓熔斷器頻繁熔斷原因解決措施
2010年9月12日，該變電站將35kVI段母線電壓互感器高壓熔斷器型號由xrnp6-40.5/0.5-31.5-1更換為xrnp6-40.5/1-31.5-1，再也沒有發(fā)生PT高壓熔斷器熔斷故障。
由于該變電站10kV系統(tǒng)是中性點不接地系統(tǒng)，決定在PT與中性點之間安裝一次消諧裝置，來解決因鐵磁諧振引起過電壓而導(dǎo)致10kV母線PT高壓熔斷器頻繁熔斷這一故障問題。2009年4月22日，在10kVPT的中性點與接地之間安裝一個型號為LXQⅡ-10（6）的消諧裝置。消諧裝置投運后至現(xiàn)在，再也沒有發(fā)生PT高壓熔斷器熔斷故障。
七、電壓互感器高壓熔斷器頻繁熔斷原因事故分析
電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部由于非線性負(fù)載造成較大的電流諧波分量（3、5次諧波分量較大），而原設(shè)計采用的PT.0.5級100VA（不排除PT勵磁特性差）在電流諧波的作用下很容易使鐵芯進(jìn)入鐵磁深飽和區(qū)，勵磁電流增大，感抗下降，引發(fā)鐵磁諧振，會在PT一次繞組出現(xiàn)數(shù)安培到十幾安培幅值的瞬間涌流，從而燒斷PT0.5A高壓熔絲。
變電站10KV系統(tǒng)采用中性點不接地方式，其母線系統(tǒng)上的Y0接線的PT是中性點不接地電網(wǎng)對地的唯一金屬通道，因此電網(wǎng)相對地電容的充、放電途徑必然通過PT一次繞組，PT的勵磁電感和系統(tǒng)對地電容形成L-C回路，從而引發(fā)鐵磁諧振而出現(xiàn)飽和過電壓，并將由通常的工頻位移過電壓轉(zhuǎn)化為諧波振蕩過電壓，使PT的勵磁電流可達(dá)額定勵磁電流的幾倍到十幾倍，造成PT的高壓熔絲一相或兩相或三相熔斷，甚至使PT因嚴(yán)重過熱而燒毀。
電網(wǎng)系統(tǒng)相對地電壓不平衡、不穩(wěn)定、三次諧波電流的出現(xiàn)，或所用三相PT伏安特性相差過大，造成PT剩余繞組開口電壓升高。
結(jié)束語
在實際運行中10kV電壓互感器高壓熔斷器熔斷情況時有發(fā)生，給電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行帶來很大危害。
首先，要考慮高壓熔斷器的配置容量問題，同時，還要從互感器本身考慮，如加裝合適的消諧裝置，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和抵御系統(tǒng)故障能力。
其次，發(fā)生故障時，要快速正確處理，防止故障的進(jìn)一步擴大。再次，要不斷總結(jié)使用的經(jīng)驗和故障處理的方法，才能保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
