10kV電壓互感器運行故障原因分析及改進措施

高吉國 祝偉圣

摘要：本文主要介紹了10kV互感器在運行中存在的問題及對出現故障的原因進行分析，并提出了改進措施，為相關變電站設備選型提供了實踐經驗，供運行和檢修部門參考。

關鍵詞：互感器；故障原因；改進措施

一、10kV電壓互感器運行中存在問題

在中性點不接地系統中，線路單相接地、短路、斷線、操作過電壓等現象時有發生，這類現象發生時，會使得電壓互感器運行中產生鐵磁諧振。一旦出現鐵磁諧振，過電壓、過電流就會產生，過電壓、過電流會超出額定標準幾倍、幾十倍，這就很容易燒損電壓互感器。在導線對地電容較大的系統中，其暫態過程極易產生超低頻振蕩過電流，繼而引起高壓熔斷器熔斷。

實踐中，工程技術人員進行了多次的實驗，采取了很多消諧的措施，主要有改變參數消除諧振產生條件、增加回路阻尼電阻抑制諧振、采用消諧PT（又稱）等方式。實際運行中這幾種方式都取得了一定效果，以采用四PT措施消除鐵磁諧振最為明顯，尤其是在10kV電壓互感器運行中消諧效果突出。

2000年以來，隨著設備的更新改造，10kV設備已經基本實現無油化、小型化，10kV互感器采用環氧樹脂澆注式。但此類型電壓互感器的廣泛使用，又帶來了新的問題，當10kV線路單相接地運行時間較長時，系統中極易出現10kV電壓互感器燒損故障，甚至殃及臨近的開關柜，嚴重影響了電網安全穩定運行。

二、10kV電壓互感器運行故障原因分析

（一）四PT接線方式的運行特點

電壓互感器運行中之所以會發生鐵磁諧振，在于鐵芯飽和，感抗變小，與線路對地電容的容抗相等。四PT接線區別于普通的接線方式，采用電壓互感器一次繞組中性點經零序電壓互感器接地，如發生單相接地故障，這四只PT各相繞組電壓都保持在正常的相電壓附近，降低了PT一次側的電流，保持了接地指示裝置對靈序電壓幅值和相位的靈敏。接地時電壓互感器中性點對地有相電壓產生，而主PT仍處于正序對稱電壓之下，互感器電感并不發生改變，PT各相繞組保持相電壓上，不再與接地電容并聯，也就不會發生中性點位移，從而不會發生諧振，因此，四PT接線消諧效果顯著。

同時，四PT接線對抑制超低頻振蕩電流幅值也有一定作用。當10kV系統接地故障消失后，為了讓電壓恢復到正常范圍內，健全相積累的電荷須經電壓互感器（其中性點接地）對地放電。在這個暫態過程中會產生大電流，頻率低，幅值大，極易造成高壓熔斷器熔斷，甚至是燒損電壓互感器。四PT接線方式中，因為零序電壓互感器的電阻和高電抗，會使得當中性點經零序電壓互感器接地后，抑制超低頻振蕩電流幅值，從而減少危害。

（二）電壓互感器燒損原因分析

既然10kV開關柜采用四PT接線方式，能夠有效地抑制鐵磁諧振和超低頻振蕩電流，為什么電網中經常發生10kV電壓互感器燒毀故障呢？綜合分析存在以下幾類原因：

（1）10kV電壓互感器本身存在質量問題。由于產品設計、制造原因，導致電壓互感器澆注質量不良、熱極限輸出容量不足等。繞組匝間絕緣降低，出現匝間短路而燒壞。電壓互感器熱極限輸出容量絕大多數為300VA，容量偏小。

（2）開口三角型二次從側需短接，若沒有短接，勵磁電流中的三次諧波就不能通過，勵磁電流中基本都為正弦波，而其感應出的的一次二次電壓中有三次諧波，這些三次諧波分量會通過一次、二次接地的回路對系統電壓造成很大的影響。

（3）當系統發生多次線路接地故障時，極易出現超低頻震蕩電流，此時靈虛電壓互感器將承受很大的電流，當容量不足時，極易發生燒損故障。

（4）接線錯誤。規程規定，電壓互感器的二次繞組應有一點、且僅有一點永久性的、可靠地保護接地。若有兩點接地，發生故障時可能使互感器燒毀。

三、10kV電壓互感器運行故障解決方案

針對以上4個電壓互感器燒損的原因分析，前3類電壓互感器燒損問題都與電壓互感器熱極限輸出容量偏小有關，在設備選型階段需要解決。第4類問題在設計制造和調試驗階段能夠解決。因此，在10kV電壓互感器性能參數的選取上，可采取適當增大電壓互感熱極限輸出容量，提高了電壓互感器的過負荷能力，主要采取以下措施：

（1）提高電壓互感器熱極限輸出容量。主電壓互感器熱極限輸出容量從常規的300VA，增加到400VA；零相電壓互感器熱極限輸出容量從常規的300VA，增加到800或1000VA；

（2）將零相電壓互感器復變比改為單變比，減少二次線圈數量。把電壓互感器變比改為10/0.1kV，為增加熱極限輸出容量、減少電壓互感器體積提供前提條件。

（3）改變電壓互感器安裝方式。由于電壓互感器熱極限輸出容量的提高，導致互感器的體積有一定的增加，因此將電壓互感器安裝在電壓互感器柜的下倉中，而不能安裝在手車上。

（4）一次側增加熔絲保護。凡是10kV電壓互感器一次接線上沒有安裝熔絲的，增加熔絲保護，這樣避免了系統接地故障電流增大后，不能及時切除，使電壓互感器過熱燒損的危險。

四PT接線，增加了電壓互感器各勵磁支路的電感，減小了系統的零序等效電容，進而減小了電壓互感器暫態過電流，四PT的勵磁特性越好，對電壓互感器暫態過電流的抑制效果越好。這樣在不改變經典四PT接線基本原理圖的基礎上，一是適當提高主PT熱極限輸出容量（300VA提高到400VA），解決了中性點不接地系統長期接地運行“主PT二次開口三角短接回路，電容電流使開口三角繞組熱容量不夠而燒壞”問題；二通過大幅提高零相PT熱極限輸出容量（300VA提高到800VA或1000VA），來解決反復接地運行“超低頻振蕩過電流，燒損零序電壓互感器”問題。使得上述運行難題得到了有效的解決。

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作者簡介：高吉國（1973），男，遼寧東港人，主要從事變電設備運維和技術管理。