本文所分析的110kV变电站10kV系统为中性点不接地系统，10kV两段母线分列运行，10kV母线电压互感器中性点经消谐装置接地。一段时间以来，10kV乙母线电压互感器一次熔丝多次发生熔断，经对电压互感器停电检查、试验，未发现问题，更换熔丝后运行正常。如何避免和解决此类问题?笔者认为唯有了解电压互感器的原理，系统运行情况，熔断机理等才可以找出最佳的应对方法。
一.电压互感器原理与运行方式简介
电压互感器某种意义上讲是一种降压变压器(如图1所示)：一次侧与一次设备并联，基于电磁感应原理在匝数较少的二次侧产生感应电压，二次侧并联接仪表、保护等负载，由于这些负荷阻抗值很大，通过二次的电流很小，因此，电压互感器的工作状态相当于变压器的空载情况。
二.电压互感器熔丝熔断主要原因分析
本文所涉及的10kV乙母线电压互感器所出现的熔丝熔断在三相中均出现，经值班人员检查设备并未损害，更换保险后运行正常。那么，究其根源，电压互感器一次熔丝熔断与哪些方面有关?大体上讲，PT熔断的主要原因主要有三个方面：
正常运行时，，因此不会发生时的谐振。而非线性元件电感其伏安特性曲线在铁芯未饱和前是直线，电感值保持不变，而当系统产生某些波动(常见有雷击、系统发生接地等)时，电压互感器自身运行状态发生改变，导致相电压增高，此时三相铁心出现不同程度的饱和，致使电感值不断下降(如图2所示)。而按照Peterson谐振分布原理系统按照对地电容与互感器感抗不同比值便出现铁磁谐振和各类谐振现象。
对于运行中的系统，常见产生铁磁谐振的原因有：单相接地、单相弧光接地、电压互感器突然合闸时绕组内产生巨大涌流等。无论是何种原因引起，铁磁谐振依然是电压互感器熔丝熔断的重要原因。
|<123>>
2、低频饱和电流冲击
电网间歇弧光接地或接地消失时，健全相对地电容中贮存的电荷重新分配，通过中性点接地的电压互感器一次绕组形成电回路，这种释放过程由于电压互感器相电抗的存在呈现振荡衰减状态。系统对地电容越大，振荡频率越低，构成低频振荡电压分量，促使电压互感器处于饱和状态，形成低频饱和电流。低频饱和电流在单相接地消失后1/4～1/2工频周期内出现，电流幅值可远大于分频谐振电流，频率约2～5Hz。由于具有幅值高、作用时间短的特点，在单相接地消失后的半个周期即可熔断熔丝。
3、电压互感器自身的不足
电压互感器绝缘下降等同样会引起一次熔丝熔断，特别当电网出现位移过电压、单相接地等情况将可能熔丝熔断情况会立即显现。对于设备自身的缺陷，在此就不做赘述，做好设备运行的维护检查即可。
本文所提及变电站经检查：10kV电压互感器熔丝熔断与自身参数有很大的关联。建站初期按照预定负荷而设定的电压互感器铁芯磁饱和系数明显偏小，在负荷出现波动或电压产生大幅变动时，容易发生铁芯饱和现象，达到铁磁谐振的条件。按照谐振分布原理，比值适当时便会出现虚假接地的信号。
三.解决电压互感器熔丝熔断的措施
经过一段时间细致的研究和试验，笔者确定以下几个重要的改进方法：
1、为电压互感器留有足够余量，特别是磁饱和量
设定设备参数时，应留有励磁特性余量，保证伴随负荷增长的情况下，设备依然可以安全稳定运行。同时选择励磁特性好的电压互感器可以保证励磁线圈的稳定性，在未达到磁饱和时，电感为稳定数值，系统发生短暂波动时，励磁特性也比较稳定，不致使电感值迅速下降，而与电容发生谐振。
2、在电压互感器所在母线装设消弧线圈
按照谐振发生条件分析，在电压互感器所在母线装设消弧线圈可以使电感远大于电容，从而极大地降低了电压互感器产生铁磁谐振的可能性。同时该母线上发生单相接地故障时，消弧线圈也可以尽快熄灭接地电弧，保护相关的电力设备。此种措施不足在于成本的增加和电网方式的某些改变，因此可按照变电站及电力公司的实际要求，有选择性地进行消弧线圈的装设。
3、一次中性点装设消弧装置(如图3所示)
此种方法中性点一般接纯电阻或消弧线圈。接纯电阻改变系统参数设置，起到阻尼和抑制谐振的作用，引起谐振区域的变化，且伴随着电阻值的不断增大，谐振范围将不断缩小，形成闭合形状。但此种 方法应注意的问题是：采用中性点接电阻措施需考虑电压互感器高压绕组X端(尾端)的绝缘等级，因为消谐电阻上的瞬时电压较大，峰值可达15kV，电压互感器尾端若绝缘等级不强，就有可能被损坏。中性点接消弧线圈是系统对地电容较大时，中性点接消弧线圈可以补偿接地电容电流，也可以有效地抑制过电流，作用效果比较明显。
4、二次开口三角加装电阻(如图4所示)
在接地监视用的电压互感器开口三角形绕组两端装入阻尼电阻(或再并联消谐装置)，目的在于增加回路的阻尼值，破坏造成铁磁谐振的条件，避免谐振的发生。从理论上讲，开口三角形绕组接入的电阻值越小越可以保证检测的灵敏度，而在一次侧中性点连接的电阻值愈大愈好，可以及时消除谐振等异常能量。但如果开口三角形接入电阻太小时，当系统发生单相接地后，能量无法及时消除，电压互感器就容易发热;如果一次侧中性点接入电阻太大时，当一次系统发生单相接地时就会影响开口三角形的输出电压，从而降低了预报的灵敏度，因此选择电阻与电压互感器型号有关，保证谐振能量及时消除，同时不会过于影响电压互感器开口三角的测量精度，是此类方法的关键。
3>>
5、操作人员改变运行方式时将电压互感器熔丝熔断列入考虑范畴
操作人员在改变运行方式时，由操作方法入手，适当修改操作顺序避免形成产生铁磁谐振的条件，使系统的参数配合远离谐振区。这是因为改变运行方式，当时，就不会发生铁磁谐振，其中为系统对地容抗，为电压互感器为额定线电压下的励磁电抗，当一定时，减少(即增加对地电容C)可使/ 的值变小。常用增加对地电容方法有外接电容、接入空载线路或者空载变压器等。采取何种运行方式应根据具体情况而定。
6、增加零序互感器，提高零序励磁特征
简要说明：1)接线方式：原电压互感器不变，将一次绕组中性点串接零序互感器一次绕组再接地，原电压互感器二次开口三角短接，将接地监察电压继电器接入零序电压互感器二次绕组。一次为工作接地，二次仅仅为安全保护接地(如图5所示)。
2)原理分析：接入零序电压互感器之后，系统中的3k次谐波电压通过电压互感器时在二次侧的闭口三角中产生零序电势和零序电流。在电压互感器的磁路中，产生一个与原来3k次谐波磁通相反的磁通量，从而抵消原有的谐波磁通，除有效消除谐波之外，还可以减少电压互感器中的磁通密度，从而降低磁饱和发生的几率。在一次侧的电压互感器线圈本身的阻值很高，相当于在一次侧中性点接入了消谐装置，进一步消除了铁磁谐振发生的可能性。
在以上的方法中，笔者重点就经济且实用的中性点接入电阻和二次开口加装耗能原件方法进行计算、仿真和试验。电压互感器中性点做为电荷释放的重要通道时，中性点接入电阻R将成为耗能的重要原件，理论上讲电阻值越大耗能越多，消谐效果也越好。但是电压互感器中性点接入电阻过大会影响到二次的测量精度，按照运行中要求最高的0.2准确级为例进行计算，则有：
， 得(为额定线电压下的工频励磁感抗)
按照Peterson谐振分布原理和仿真计算可知，中性点接入的最小电阻值R0.056wl，此时才可以达到所要求的消谐效果，因此综合考虑在一次侧中性点接入的电阻值应约为0.06wl，同时为增加消谐的效果接入电阻可以选择正系数的热敏电阻，随着温度升高电阻值不断增大加快耗能的速度。一次二次之间的配合使用也是较为有效的方法，在此次试验中，笔者在涉及的电压互感器二次中采用了灯泡串联压敏电阻的方法进行，利用压敏电阻的特性在二次出现瞬时过电压时进行及时的抑制，同时利用灯泡作为谐振发生和进行的指示，配合一次的中性点电阻同时工作，保证指示和消谐的同时完成。
结论：
在系统参数设置正确的情况下，经过一年来的运行验证：一次侧中性点加装适值电阻、二次辅以消谐小电阻的方法，可以有效地防止几类常见的谐振情况，并按照具体的要求选择适当性质的电阻可以进一步加强消谐效果，是解决此种熔丝熔断问题的经济有效的方法。
参考文献：
[1].孙方汉等：过电压保护及现场事故处理 中国水利水电出版社
[2].消弧线圈和消弧消谐及过电压保护装置原理.
[3].孙军强等：10kV电压互感器高压侧熔断器熔断原因分析及整改措施.2004.4
[4].高磊.母线电压互感器加装消协装置问题探讨 . 《电器工业》，2008 .10
[5].魏义岭等：预防电压互感器烧毁的一种方法 电气时代2005年第3期
3
返回顶部