10kV電壓互感器燒毀原因剖析及對策

楊鐵龍

漳浦供電有限公司，福建漳州 363200

0 引言

在中性點非有效接地系統中，電壓互感器由于產品質量原因、二次過載，間歇性弧光接地過電壓，電感設備鐵心的磁路飽和作用激發產生的鐵磁諧振過電壓，經常導致電壓互感器燒毀或使高壓熔絲熔斷。本文針對漳浦電網投運的幾起型號UNE10-SIII的電壓互感器燒毀原因分析，通過現場解剖，提出加強防范及改進措施，并在運行中取得良好的效果。

1 故障概述

公司幾個110kV變電站10kV母線電壓互感器的型號為UNE10-SIII，采用二次消諧，消諧裝置型號為WNXⅢ-10/B，投運一段時間內，PT高壓熔絲燒斷頻繁，甚至幾臺PT本體燒毀，給運行帶來極大的不便。電壓互感器燒毀的過程如下：

1）產品編號2529、1070送電后時間不長燒毀；

2）產品編號1068、0069、1070配組使用，送電時1070燒毀，現場急需送電，更換5846與沒有燒毀的兩臺產品同組運行，運行一段時間均內燒毀；

2 初步分析

理論和實際表明，電壓互感器燒毀的直接原因是內部過電流引起發熱，主要有以下幾方面：

1）質量問題：由于在制造過程中存在氣泡和氣隙等絕緣弱點、鐵心疊片及繞制工藝不過關等，使電壓互感器絕緣長期處于高溫下運行，加速老化而擊穿，進而發生繞組匝間短路，電流驟增，本體燒毀；

2）電壓互感器二次過載、一、二次電流較大，造成PT內部繞組發熱增加，特別是二次繞組匝間和相間短路時，出現較大的短路電流，線圈發熱更加嚴重，甚至燒毀；

3）系統發生單相間歇電弧接地時出現過電壓，可達正常電壓的3倍～3.5倍，使電壓互感器的鐵芯飽和，勵磁電流急劇增加，引起高壓熔絲熔斷或燒壞互感器；

4）電壓互感器是典型的非線性電感元件，與電網對地電容形成鐵磁諧振并聯回路，也可能和其他電氣設備的電容形成串聯諧振回路，在一定外界條件的激發條件下，某種原因造成的中性點位移等，從而發生諧振，電壓互感器的內部一次繞組不可避免的通過很大的容性電流使電壓互感器燒毀。

3 解剖及分析結果

為查證是否質量問題，同廠家對燒毀的電壓互感器進行現場解剖，結果如下：

1）產品編號1068、0069、5846剖開后可以看到一次繞組內部線圈的漆包線及層間絕緣從內到外均勻燒毀，漆包線表面絕緣漆皮脫落，露出裸露銅線，層間絕緣（電容器紙）已經粉化，線圈的主絕緣及二次繞組則完好無損；一次繞組也無疊匝現象，樹脂澆注內部也未發現氣孔及雜質等缺陷。

從一次繞組均勻損壞程度上分析，應屬于系統發生了典型的鐵磁諧振過電壓最終導致電壓互感器燒毀，鐵磁諧振過電壓是目前國內35kV及中性點不接地系統中常見且造成事故最多的一種內部過電壓。當進行某些操作導致系統參數突變時，如出現單相接地故障、補償電容器的投切、拉合隔離開關及跌落式熔斷器熔斷，投切空載線路及系統參數配合不當等原因等使電壓互感器的鐵芯嚴重飽和，電壓互感器的勵磁阻抗與系統的對地電容形成非線性諧振回路，由于回路參數及外界激發條件的不同，可能造成分頻、工頻和高頻鐵磁諧振過電壓，特別是分頻過電壓，電壓互感器的勵磁電流甚至可以達到額定勵磁電流的百倍以上，極大的勵磁電力將燒壞熔絲或引起電壓互感器嚴重過熱，進而冒油、燒毀或爆炸，嚴重危害電力系統的安全運行。

2）產品編號2529、1070表面燒毀嚴重，從內到外樹脂有很大的裂紋，剖開后可以看到一次繞組其內部線圈的漆包線及層間絕緣從內到外燒毀，漆包線表面絕緣皮脫落，露出裸銅線，層間絕緣（電容器紙）已經粉化；線圈的主絕緣及二次繞組也均勻燒毀；一次繞組也無疊匝現象，樹脂澆注內部也未發現氣孔及雜質等缺陷。

從線圈的主絕緣及二次繞組均勻燒毀上分析，應屬于二次短路或二次過載問題。現場查證，計量人員將長腳營變一饋線柜電能表拆回校驗，重新裝上后，造成電壓回路短路。為保障電壓互感器的安全穩定運行，投運前應加強電壓二次回路的檢查。

4 加強防范及改進措施

1）采用二次開口三角兩端接入電阻或微機消諧器，其等效于在電壓互感器開口三角并接一電阻，電阻相當于接到電源變壓器的中性點上，電阻越小，越能抑制諧振的發生。若電阻為零，即將開口三角兩端短接，相當于電網中性點直接接地，諧振就不會發生，此方案在抑制諧振過電壓并對穩定系統中性點有很好的作用，但當XCO/XLO＜＜0.01時就不能很好抑制過電流，燒毀電壓互感器或使一次高壓熔絲熔斷，而且該方式不能抑制基頻或分頻諧振；

2）在電壓互感器高壓側中性點串聯LXQ型Sic非線性消諧電阻器，這種措施除了能限制電壓互感器中的電流，特別是限制在單相接地恢復時產生涌流，避免頻繁熔斷熔斷器，非線性電阻器在低電壓下電阻較大，還能有效的抑制系統發生的鐵磁諧振，對于系統三相電容嚴重不對稱或電壓互感器一次非全相熔斷器燒斷等異常情況均可有效消諧，保障相關設備安全；

3）采用4臺PT組合的接線方式而設計的抗鐵磁諧振電壓互感器，高壓中性點經單相電壓互感器接地，使電壓互感器的電感在外激發條件下不發生改變，即不具備諧振發生的條件，此方法只限柜體空間允許。

上述第2種、第3種方法在電力系統運行中均得到證實，也是國內應用比較普遍的抑制措施，針對柜體的具體現狀，推薦使用電壓互感器中性點串聯LXQ型Sic非線性消諧電阻器的方法；此方法有可能提高零序電壓，但可在一次中性點加裝三次濾波器或開口三角加裝PTC正溫度系數熱敏電阻，前者可使零序電壓控制在1V～2V，后者可使零序電壓控制在10V內。

5 結論

對漳浦電網發生電壓互感器燒毀的變電站采用中性點串聯LXQ型Sic非線性消諧電阻器，取消二次消諧，運行至今未發生熔絲熔斷及本體燒毀事故；同時，在枕頭山變電站10kV II段母線采用4臺PT組合的接線方式而設計的抗鐵磁諧振電壓互感器，運行正常，取得了良好的成效。

[1]周和平.中性點絕緣系統消除電壓互感器鐵磁諧振的措施[J].中國電力，1993.