一起35kV母線電壓互感器高壓熔絲熔斷故障分析

董升 范旭明 張一航 王彥浩

摘 要： 針對220 kV華金變35 kV母線電壓互感器高壓熔絲熔斷情況展開故障分析，提出變電站母線電壓互感器高壓熔絲熔斷的4個因素分別是一次側引線故障、二次回路故障、鐵磁諧振過電壓、高壓熔絲自身原因。結合變電站實際運行情況總結故障原因是熔絲受環境影響導致性能下降出現熔斷現象，并提出應對措施，幫助運行人員及時、準確分析判斷故障原因，減少事故的發生，提高電網運行質量。

關鍵詞： 電壓互感器 高壓熔絲 熔斷 故障分析

中圖分類號： TM63文獻標識碼： A文章編號： 1679-3567（2023）12-0038-03

220 kV變電站35 kV母線上裝設有電磁式電壓互感器（Voltage Transformer，簡稱TV或壓變），為保護、測量、計量提供電壓值，是一次設備與二次設備聯系的紐帶，是十分重要的輸變電設備。在接地故障中，電壓互感器一次側產生的低頻暫態電壓能夠引起二次電壓波形畸變、測量誤差加大，嚴重危害電網設備安全[1-2]。孫大根[3]介紹了電壓互感器熔絲熔斷的多種原因，從設備質量、檢修工藝、運行管理等多方面去解決，同時出現一次保險熔斷情況時，要盡可能利用已有監視設備盡早發現隱患，及時處理，避免故障擴大。王天陽等人[4]闡述了一起10 kV電壓互感器故障事件，探討產生原因，提出改進措施。王倉繼等人[5]介紹了結合負荷性質、電壓等級、消諧裝置配備等情況，對互感器熔絲熔斷故障典型機理進行研究和分析。

35 kV系統為中性點不接地系統，當系統出現震蕩或故障時，電壓互感器高壓熔絲熔斷的事故時常發生，但引發事故背后的原因不盡相同。引發電壓互感器高壓熔絲熔斷的原因可分為一次側引線故障、二次回路故障、鐵磁諧振過電壓和高壓熔絲自身原因[4-6]。本文通過對220 kV華金變35 kV母線電壓互感器高壓熔絲熔斷事故的分析，總結事故原因并針對該類故障提出處理方法，從而為類似事故的分析處理提供參考，幫助運行人員及時、準確分析判斷故障原因，減少事故的發生，提高電網運行質量。

1 故障情況

220 kV華金變35 kV系統采用單母分段接線，自2020年5月26日整體改造投產至今，35 kVⅠ、Ⅱ段母線電壓互感器高壓熔絲熔斷過6次。具體情況為35 kVI段母線電壓互感器C相熔斷2次，A相熔斷1次；35 kVII段母線電壓互感器C相熔斷2次，B相熔斷1次。

2 熔絲熔斷原因分析

2.1 一次側引線故障

一次側引線故障是電壓互感器高壓熔絲熔斷的主要原因之一，故障主要由線路接地所引起。35 kV系統為中性點不接地系統，當系統發生單相接地時，接地相電位即變為地電位，非接地相對地電位升高至線電壓，接地相的電容電流將達到正常電容電流的3倍，這些都可能導致電壓互感器熔絲熔斷。

故障電壓曲線圖見圖1～圖3。在電壓互感器熔絲熔斷時3U0最大為8.08 kV遠小于相電壓；而在發生單相接地時，3U0將升高至相電壓。因此35 kV系統并未發生單相接地故障。

2.2 二次回路故障

華金變35 kVⅠ、Ⅱ段母線電壓互感器低壓空開為TIANSHUI 213 GSB2-63M B4空開，電壓互感器高壓熔絲電流為0.5 A。電壓互感器一二次容量配合滿足要求。因此熔絲熔斷并非由二次回路故障引起。

2.3 鐵磁諧振過電壓

中性點不接地系統中，正常情況下中性點位移電壓基本為零，且電壓互感器的勵磁電感大于系統對地電容，但在以下情況下，會使電壓互感器工作在不良狀態，導致電壓互感器三相鐵芯出現不同程度的飽和，電壓互感器電感變小，若該電感與對地電容相匹配，就會激發鐵磁諧振。鐵磁諧振分為基頻諧振、高頻諧振和分頻諧振。

因為故障記錄只保存了滿足其啟動條件的錄波文件，為進一步分析35 kVⅠ、Ⅱ段母線電壓波動情況，調取35 kV母設測控數據，發現熔斷前三相電壓幅值均未發生大幅度變化，最大在28 kV左右，出現在非熔斷相，且該母線電壓互感器為三相四TV接線方式，可以將每相電壓限制在相電壓范圍內，可以有效避免鐵磁諧振。因此35 kVⅠ、Ⅱ段母線電壓互感器高壓熔絲的熔斷并非鐵磁諧振引起。

2.4 高壓熔絲自身原因

高壓熔絲自身存在的原因，如設計缺陷、材料老化、銹蝕等，也可能導致熔絲熔斷。華金變35 kV母線Ⅰ、Ⅱ段母線電壓互感器高壓熔絲裝在35 kV母線Ⅰ、Ⅱ段母線電壓互感器熔絲避雷器手車的下觸頭臂內，換高壓熔絲時需將下觸頭臂的觸頭擰開，取出熔絲后更換。

再次分析圖1～圖3，35 kVⅠ段母線電壓互感器高壓熔絲在發生熔斷之前一段時間，熔斷相電壓幅值就較非熔斷相電壓幅值低；而在更換熔斷相熔絲后，三相電壓幅值基本相等，說明熔斷相熔絲是慢慢開始熔斷的，這與35 kVⅡ段母線電壓互感器熔絲熔斷存在明顯區別。從當地后臺調取35 kV母線設備動作情況，發現高壓熔絲熔斷時母線上設備并未發生任何動作。

3 結論

電壓互感器高壓熔絲熔斷的原因可分為一次側引線故障、二次回路故障、鐵磁諧振過電壓和高壓熔絲自身原因。華金變35 kVⅠ、Ⅱ段母線電壓互感器高壓熔絲發生多次熔斷的原因為：（1）電壓互感器熔絲在局部高溫、潮濕環境下性能變差，導致熔絲經常熔斷，尤其是C相電壓互感器；（2）35 kVⅠ、Ⅱ段母線電壓互感器在經歷夏季梅雨等高溫潮濕環境后，其性能逐步變差，導致高壓熔絲經常熔斷。

為了減少熔斷事故的發生，提高電網運行質量，提出以下應對措施：（1）在35 kV開關室裝設除濕機、空調等環境溫濕度控制設備，觀察使用后效果；（2）加強設備巡視，做好35 kV母線電壓監視，及時發現異常情況；（3）結合年檢工作，測試35 kVⅠ、Ⅱ段母線電壓互感器特性是否滿足要求。

參考文獻

[1]楊鳴，熊釗，司馬文霞，等.電磁式電壓互感器“低頻過電壓激勵-響應”逆問題求解[J].電工技術學報， 2021，36（17）：3605-3613.

[2]魏軍華.電壓互感器試驗設備技術改進與分析[J].農村電氣化，2023（1）：13-15.

[3]孫大根.機組出口電壓互感器一次保險熔斷行為研究[J].電工技術，2021（23）：113-114.

[4]王天陽，趙向明.變電站10 kV電壓互感器故障原因及處理的分析[J].集成電路應用，2022，39（9）：248-249.

[5]王倉繼，王建榮，羅雪紅.中壓電壓互感器高壓側熔斷器熔斷故障分析及解決措施[J].物聯網技術， 2020，10（9）：101-105.

[6]崔志堅，趙躍，張亮，等.發電機機端PT高壓側熔斷器“慢熔”現象的判斷與對策[J].電氣技術，2021，22（2）：63-67.