10kV电压互感器高压熔丝频繁熔断的故障浅析

10kV电压互感器高压熔丝频繁熔断的故障浅析

姚冠明

广东电网有限责任公司东莞供电局523000

摘要：本文主要从电压互感器损坏及高压熔丝熔断的危害，以及TV高压保险熔断的原因分析；等几方面探讨了主题，旨在与同行共同探讨学习。

关键词：电压互感器；高压熔丝；铁磁谐振；；消弧线圈；预控措施

10kV系统中由电磁式TV饱和引起铁磁谐振过电压的情况时有发生，它持续时间长甚至能长时间自保持，是导致TV高压熔丝熔断和TV烧损甚至爆炸的重要原因，对电力系统的安全运行威胁极大。近年来随着城网改造的进行，大范围应用电缆，配电网线路对地电容显著增加，系统参数已远远超出了谐振区域，很少发生铁磁谐振。但系统中发生单相接地或弧光接地故障时，仍发生TV高压熔丝频繁熔断甚至TV烧毁现象。

一、电压互感器运行原理以及电压互感器损坏及高压熔丝熔断的危害

1.运行原理

PT（电压互感器）是电工测量和自动保护装置中使用的特殊双绕组变压器，它是一个降压变压器。基于电磁感应原理，当一次侧接入运行电压时，二次侧的仪表与保护等负载会产生电压感应，因为这些负荷通过二次电流很小，所以其等效是一组比较大的阻抗值，所以在它的运行状态下，相当于空载的变压器。使用PT（电压互感器）可以达到两个目的：一是将整改线路中的重要东西（测量仪表）隔开，以此来降低线路的危险性，保证线路及用电器的安全；二是扩大测量仪表的测量量程。

2.电压互感器损坏及高压熔丝熔断的危害主要有以下四方面：

（1）PT受到损坏及高压熔丝烧毁多是由于谐振过电压产生的，谐振过电压在10kV系统中是最极其普遍的一种过电压，过电压谐振幅值虽然不高，但它是长期存在的，而且其产生的低频谐波会影响变电站变压器线圈，在其他设备则可能危及设备的绝缘，会使在系统薄弱的绝缘位置发生击穿，造成系统严重的伤害。

（2）在PT受到损坏及高压熔丝烧毁之后，若不立即将其检修，则会造成10kV母线不能分段运行，影响系统运行的稳定性。

（3）在PT损坏或高压熔丝熔断现象的情况下，运行人员将可能会在巡视或者检查设备时受到伤害，产生一定风险；

（4）PT损坏或高压熔丝熔断，会在计量方面难以做到准确计算，因此将会直接对电量造成损失，而且母线也会失去对电压的保护监测，对供电设备的安全运行造成不良影响。

近年来，江门电网频繁发生10kV电压互感器高压熔丝熔断的情况，熔丝的不断熔断不仅增加了运行人员、检修人员的工作量，也加大了系统的运行风险，直接影响到电网的供电可靠性。因此分析10kV电压互感器高压熔丝熔断的原因及如何预控就显得非常必要。

二、TV高压保险熔断的关键原因分析

3.单只TV，安装在某些线路首端，监视线路电压，用于检同期和检无压，称为出线（进线）TV。为了隔离二次侧故障和保护TV，35kV及以下电压等级的TV高压入口处需要安装保险，而保险的频繁熔断甚至TV烧毁等故障严重影响了配电网的供电可靠性。

所以，本章首先将通过搜集现场运行数据调研TV高压保险及相关故障在配电网中的严重程度，得出一般性规律，然后对单相接地故障消除后经常出现的两种电磁能量振荡——铁磁谐振和低频非线性振荡进行理论分析，探究二者与TV高压保险熔断故障之间的关系。

三、TV高压保险熔断的治理措施分析与仿真研究

铁磁谐振和低频非线性振荡产生的TV高压绕组过电流是导致TV高压保险熔断的主要原因，且二者的本质都是零序回路中TV励磁电感和系统对地电容（主要是线路对地电容）之间的电磁能量振荡。所以，如果能较好地抑制铁磁谐振和低频非线性振荡，那么10kV配电网中TV高压保险频繁熔断的现象一定可以得到较大改善。现在可以有效抑制铁磁谐振和低频非线性振荡的主要措施有以下四种：

1.系统中性点经消弧线圈接地。

2.系统中性点经小电阻接地。

3.TV高压侧中性点经单相TV接地。

4.TV高压侧中性点经消谐器接地。

由于实际变电站中10kV配电系统的参数绝大多数不能激发铁磁谐振，更多的则是低频非线性振荡，所以本章仿真主要是针对低频非线性振荡。在不应用任何治理措施的情况下，TV高压绕组三相电压和电流如图3‐1。由图3‐1可以看出，TV高压绕组过电压和过电流幅值极大，但振荡频率很低，衰减很快，最大峰值分别为22kV和1.20A，如此之大的过电流极易导致TV高压保险熔断。

系统中性点经消弧线圈接地方式，如图3‐2所示，消弧线圈L与TV励磁绕组并联，且前者电感值远远小于后者，可使单相接地消除后对地电容上多余的自由电荷通过消弧线圈而不是TV励磁电感入地，减小对TV励磁电感的冲击，从而有效防止TV高压保险熔断现象。另外，消弧线圈L较小，近似于系统中性点直接接地，可减小系统中性点的电压偏移，降低TV过电压程度，使其工作在线性区，从而减小通过TV高压绕组的电流。

消弧线圈L的脱谐度为‐4.5%，损耗为额定容量的1.8%时，TV高压绕组电压电流如图3‐2所示：与图3‐1对比可知，采用系统中性点经消弧线圈接地方式后，TV高压绕组仅出现了三四个工频周期的且幅值有限的过电压与过电流，可以保证TV高压保险和TV本身的安全。所以，系统中性点经消弧线圈接地对防止TV高压保险熔断事故是比较有效的。

但，系统中性点经消弧线圈接地方式的应用也要考虑如下不足之处：

（1）在目前10kV配电网规模越来越大，且电缆线路比例大幅度增加的情况下，单相接地故障的电容电流急剧增大，个别地区可达数百安培，消弧线圈的补偿难度增加，难以适应当下电网形式的发展。

（2）由于消弧线圈的运行受配电网运行方式影响较大，消弧线圈的投入可能与3C0之间会形成串联谐振回路，对消弧线圈的调节和运行造成困难。

（3）目前配电系统多采用智能消弧线圈，除了带铁芯的线圈之外，还附加了许多辅助设备，结构繁杂，控制系统繁杂；而且设备投资大，费用高，以600kVA的智能消弧线圈为例，其售价高达30万元；且占用空间大。

因此，在决定采用系统中性点经消弧线圈接地方式治理TV高压保险熔断现象时，必须综合考虑上述及其它相关因素，综合评估经济技术效益。

图3-3TV高压侧三相电压电流（L=400km，系统中性点经消弧线圈接地）

四、保险丝频繁烧坏主要的预控措施

1.要使铁磁谐振得到消除，在电力系统中主要有如下一些方法：

（1）采用采用电容式的PT或励磁特性能好的PT。

（2）在回路的零序增加阻尼式电阻，即是在开口三角绕组处或一次绕组中性点加装非线性电阻或消谐器

（3）破坏其谐振条件，对地电容需增大。因为反铁磁谐振特性的JSZFR-10G型号PT更换成本高，本着更加进一步地挖潜进行增效，使企业最大化的利益得以实现，该系列变压器初级侧电压中性线和地线之间的电阻达到消除和限制谐波的阻尼果，电压互感器的接地故障引起的铁磁谐振电路，在一定程度上能有效地抑制、缓解损坏PT。

2.中性点一次装设消弧装置（图4-1所示）。这种方法一般是相关的纯阻性中性点经消弧线圈。改变的系统参数设置的纯电阻，阻尼和共振抑制发挥作用，导致在谐振区域中的变化，并加上阻力的增加，调谐范围将继续收缩，以形成一个形状关闭。然而，这种方法应该注意到的问题有：采用接电阻措施的中性点应考虑电压电阻的PT绕组X端（尾部）的绝缘级别，峰值高达15kV，尾端绝缘级别如果不够强，它可以被受到损坏的。连接到中性点经消弧线圈接地系统的电容较大，那么中性点经消弧线圈接地电容电流可以得到补偿的，它能够有效地抑止过电流，其效果是最明显不过。

3.为PT留有充足的余量，尤其是磁饱和量对设备进行设置，宜留有余量励磁特性，以确保伴随增加的负载，该设备仍然能够是稳定与安全的运行。选择一个好的PT的励磁特性的同时，可以保证稳定的励磁线圈，磁饱和没有达到之时，稳定系统暂时的波动励磁特性的电感值是相对稳定的，由此不会产生电感值下降。

结语

10kV系统TV高压熔丝频繁熔断近年来严重威胁电力系统安全运行。通过金山站一系列预防故障的工作实践证明，在TV高压侧中性点串联电阻，系统中性点装设消弧线圈可降低和消除TV高压熔丝熔断现象。

参考文献：

[1]芮静康.现代工业与民用供配电设计手册[S].北京：中国水利水电出版社，2004.

[2]刘涤尘，崔巍，刘开培等.配电网自动化及其发展[J].武汉水利电力大学学报，1998，31（04）：74-78.

[3]曾益球.煤矿生产中采掘关系协调的研究[J].河北煤炭，1994（03）.

[4]翁利民，陈灵欣，靳剑峰.配电网电压互感器铁磁谐振的特点及抑制[J].继电器，2004，32（20）：40-42.

[5]杜计平，孟宪锐.采矿学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2009（02）.