10kV電壓互感器高壓熔絲頻繁熔斷原因解析及處理預控措施

蘇大華

摘 要：針對江門電網地區10kV電壓互感器高壓熔絲頻繁熔斷的現象展開故障分析，結合變電站電壓互感器運行的實際情況給出了故障原因，即：系統發生鐵磁諧振或超低頻振蕩，產生過電壓和過電流，導致電壓互感器的熔絲熔斷或者損傷。并提出相應的預控措施，以達到消除故障，提高電網運行質量的目的。

關鍵詞：電壓互感器；高壓熔絲；鐵磁諧振

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.036

1 電壓互感器運行原理

PT（電壓互感器）是電工測量和自動保護裝置中使用的特殊雙繞組變壓器，它是一個降壓變壓器。基于電磁感應原理，當一次側接入運行電壓時，二次側的儀表與保護等負載會產生電壓感應，因為這些負荷通過二次電流很小，所以其等效是一組比較大的阻抗值，所以在它的運行狀態下，相當于空載的變壓器。使用PT（電壓互感器）可以達到兩個目的：一是將整改線路中的重要東西（測量儀表）隔開，以此來降低線路的危險性，保證線路及用電器的安全；二是擴大測量儀表的測量量程。

2 電壓互感器損壞及高壓熔絲熔斷的危害

電壓互感器損壞及高壓熔絲熔斷的危害主要有以下四方面。

（1）PT受到損壞及高壓熔絲燒毀多是由于諧振過電壓產生的，諧振過電壓在10kV系統中是最極其普遍的一種過電壓，過電壓諧振幅值雖然不高，但它是長期存在的，而且其產生的低頻諧波會影響變電站變壓器線圈，在其他設備則可能危及設備的絕緣，會使在系統薄弱的絕緣位置發生擊穿，造成系統嚴重的傷害；

（2）在PT受到損壞及高壓熔絲燒毀之后，若不立即將其檢修，則會造成10kV母線不能分段運行，影響系統運行的穩定性；

（3）在PT損壞或高壓熔絲熔斷現象的情況下，運行人員將可能會在巡視或者檢查設備時受到傷害，產生一定風險；

（4）PT損壞或高壓熔絲熔斷，會在計量方面難以做到準確計算，因此將會直接對電量造成損失，而且母線也會失去對電壓的保護監測，對供電設備的安全運行造成不良影響。

近年來，江門電網頻繁發生10kV電壓互感器高壓熔絲熔斷的情況，熔絲的不斷熔斷不僅增加了運行人員、檢修人員的工作量，也加大了系統的運行風險，直接影響到電網的供電可靠性。因此分析10kV電壓互感器高壓熔絲熔斷的原因及如何預控就顯得非常必要。

3 故障情況

2012年至2013年8月，江門電網高壓熔絲熔斷共發生了31起，對這31起故障的運行工況進行統計分析得知，熔絲熔斷的故障接近90%是在系統單相接地或雷擊的情況下發生，可以認為是由于系統在一定條件下發生鐵磁諧振，產生過電壓和過電流，導致PT高壓熔絲熔斷。

4 故障分析

鐵磁諧振是電力系統中鐵磁元件各自的能量產生振蕩的一種形式，是由于鐵芯的飽和引起的持續性、低幅值諧振的過電壓現象。10kV PT（電壓互感器）是一種具有鐵心的電感元件，其電感值會隨著磁通量的變化而改變，在滿足一定條件下尤其系統擾動時如單相接地、雷擊等，會產生鐵磁諧振過電壓，可能激發PT飽和而產生極大的過電流，引起PT高壓熔絲熔斷[1]。

從PT的消諧措施看，2012-2013年發生的31起故障分布在19個變電站，重復發生（超過2次）高壓熔絲熔斷的有7個站，其中有6個站未采取一次消諧措施，占比78.95%。采取二次消諧措施的大致上各占一半。而反復發生（超過3次）高壓熔絲熔斷的110kV大澤站、110kV高頭站、110kV深井站均未采取一次消諧措施，大澤站、高頭站有二次消諧裝置。可見，在PT高壓側中性點串聯電阻或單相PT作為一次消諧措施，可有效防止PT燒高壓保險，單純采用二次消諧裝置，防止PT燒高壓保險的作用有限。

從系統的接地方式看，19個變電站中，中性點經消弧線圈接地系統占了一半以上，高壓熔絲熔斷累計次數也較少，其中反復發生高壓熔絲熔斷的、110kV深井站、110kV大澤站、110kV高頭站均為中性點不接地方式，由此可推斷，系統的中性點經消弧線圈接地能較為有效地抑制PT高壓熔絲熔斷的頻繁發生。

綜合上述分析，可以得出結論：（1）PT高壓熔絲熔斷的主要原因是系統發生鐵磁諧振或者超低頻振蕩，產生過電壓和過電流。與2012年相比，2013年發生率呈下降趨勢，近幾年的統計顯示，在江門電網范圍，問題不算普遍和嚴重；（2）二次消諧措施無法有效避免PT高壓熔絲在單相接地消失后頻繁熔斷；（3）系統中性點不經消弧裝置接地，反復發生高壓熔絲熔斷機會較高。

5 預控措施的實施

5.1 選用勵磁特性好、不易飽和的PT

PT（電壓互感器）的勵磁特性是用勵磁電壓與電流及損耗的一組關系曲線來表示的，反映的是鐵芯磁密和硅鋼片質量的情況，硅鋼片質量較好的鐵芯能有助于減少鐵磁諧振的發生概率。由于國家標準GB 1207-2006不要求對40.5kV及以下電壓等級的電壓互感器測量勵磁特性，因此10kV電壓互感器出廠的勵磁特性沒有得到有效控制。

系統對PT勵磁特性的要求有兩個方面：一是勵磁電流大小及其隨電壓變化的變化率；二是勵磁特性的一致性，即并列運行的兩只或者三只互感器相互間的勵磁特性要一樣[2]。電壓互感器勵磁電流隨電壓的變化率，在目前尚沒有明確的規定的情況下，一般認為，在相應電壓下的勵磁電流不超過額定電壓下的5～8倍，三相間的電壓互感器在額定電壓下的勵磁電流最大值與最小值之比不超過1.3倍，同時應盡量采用同一廠家、同一批次、勵磁特性相同的PT。

5.2 PT開口三角繞組兩端接入電阻或微機消諧器

在PT開口三角繞組兩端接入電阻，會導致一次側電流增大，即是選擇的PT容量因此增大。從抑制諧波方面考慮，電阻值越小則效果越明顯，但如果PT的過載現象嚴重，在諧振或單相接地時間過長時，會容易導致熔斷器熔絲熔斷或PT燒毀。一般來說接入10kV PT開口三角繞組的電阻取16.5～33Ω。

微機消諧器是當諧振發生的瞬時，用電子電路先鑒別高頻、基頻、分頻諧振，然后將三角繞組短接，然后接通強阻尼回路，以達到用阻尼消除諧振的目的，所以具有很好的消諧效果，但是微機消諧器對抑制超低頻振蕩卻不起任何作用，因此它只適用于對地電容較小的系統。

5.3 PT高壓側中性點串聯電阻消諧

在三相電壓互感器的高壓中性點與地之間串接非線性電阻或者10 kΩ級的線性電阻，稱為一次消諧。

一次消諧在抑制超低頻諧振和鐵磁諧振方面都具有較好的效果，而且體積小，安裝方便。但是一次消諧會使高壓中性點發生位移，造成三相電壓不平衡，而且電壓互感器二次側相電壓波形中會出現明顯的3次諧波，導致相電壓測量結果嚴重失真，同時電壓互感器開口角也會濾出3次諧波干擾信息，影響接地信號繼電器的整定。另外，由于各電網電容電流大小及接地故障性質等問題，消諧電阻會因過熱而損壞，這就要求電阻有很高的熱容量。因此一次消諧器的應用也受到限制

5.4 PT 接線方式抑制諧振

在三相PT的一次側中性點與地之間接一單相零序PT，俗稱“4PT”法。近年來，這種方法在變電站得到廣泛推廣，應用效果好，采用這種方式的優點是在系統發生單相接地時，產生的零序電壓主要加在零序電壓互感器上，原來的三相PT只反應正序電壓，因此無論是原星形接線的PT，還是新加裝的零序PT，其鐵芯都很難進入飽和區，所以難以產生諧振過電壓。但這種方法為了避免虛報接地故障信號、減少零序電流在三角回路發生環流等，相應的PT二次接線有多種，并不統一。

5.5 系統中性點經消弧線圈接地

隨著配電網絡規模不斷擴大，10kV出線總長度增加，加上電力電纜的大量使用，系統對地電容電流也隨之增大。采用中性點經消弧線圈接地運行方式，在發生單相接地時，消弧線圈的電感電流可以補償因單相接地而形成的電容電流，從而使接地電流減小，這樣不但降低了電網絕緣閃絡接地故障電流的建弧率，也可以有效地減小鐵磁諧振過電壓的發生概率[3]。

6 結語

經驗表明，系統中性點經消弧線圈接地這種方法抑制過電流和過電壓的效果最好。目前江門電網143個有10kV出線的變電站中，已在69個站的124段10kV母線上安裝了消弧線圈接地裝置，建議對各站的電容電流重新測量，根據電容電流數值核實是否需加裝消弧線圈及已安裝的消弧線圈接地裝置是否滿需要。

參考文獻：

[1]王蕾.淺談電壓互感器常見故障及處理[J].科技創業家，2013（16）.

[2]馬利東，杜忠.電壓互感器高壓熔絲頻繁熔斷故障原因探析[J]. 農村電氣化，2014（09）.

[3]鄭鵬鵬.配電網消諧措施的合理選擇[J].電氣時代，2000（09）.