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广东电网有限责任公司江门供电局 吴昊杰
【摘要】10kV电压互感器高压熔断器熔断是变电站常见的故障之一，该故障会给电网的安全可靠运行带来威胁，本文对10kV电压互感器高压熔断器熔断的原因进行详细分析，并提出了相应的防止措施。
【关键词】电压互感器；高压熔断器；铁磁谐振；过电压
1 引言
电压互感器是电力系统重要设备，它是把高电压按比例关系变换成固定值的（通常是100V）标准二次电压，供保护、计量、仪表等装置使用，同时，使用电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离。在实际应用中，一方面为了防止电压互感器本身或引出线故障而影响高压系统的正常工作，另一方面，为了保护电压互感器本身，会在一些电压等级的电压互感器高压侧装设高压熔断器，其中在10kV电压互感器装设高压熔断器在电力系统中最为常见。我们在统计变电站故障类型的时候发现，10kV电压互感器高压熔断器熔断是变电站常见的故障，这种故障有可能会让安全自动装置误动作，从而威胁电网的安全可靠运行。同时，由于该类型的故障发生频率较高，而10kV系统又是直接为广大用户供电的，通常需要通过改变运行方式来确保用户供电后才能处理该种故障，因此往往给变电站运行班组带来较大的工作量。为了保证电网安全可靠运行，同时减轻变电站运行班组的工作量，需要对10kV电压互感器高压熔断器的熔断原因进行分析，并采取切实有效的反措工作，从根本上解决这个问题。
2高压熔断器的工作原理
高压熔断器的构成部分有触头、外壳及金属熔件。为达到断开电路保护设备的目的，金属熔件在电路发生短路和过负荷时，在未损坏被保护设备之前被加热熔断，其熔件的熔断就是一般所说的熔断器熔断。为了不损坏被保护的电压互感器，当过电流或短路电流在电压互感器回路中出现时，电路在熔件熔断后自动切断，这就是电压互感器高压熔断器的作用。
通常用保护特性来表示熔断器的熔断特性，其保护特性为=，曲线如图1所示。
图1中流过熔断器的电流大小用横坐标 表示；熔断器熔断所需要的时间用纵坐标表示；熔断器工作的额定电流为 ，熔断器稳定持续工作状态下的温度为，。
熔断器的保护特性可以由如下图 1 得到：
图 1 熔断器的保护特性曲线
（1）当流过熔件的电流小于其额定电流时，正常工作，熔断器不会熔断。
（2）当流过的电流大于熔件额定电流时，过电流倍数会影响熔断器熔断所需要的时间：熔断熔断器所需要的时间会因为越大的过电流倍数而越短；熔断器在非常大的过电流倍数情况下，就会瞬间熔断。
（3）稳定持续工作状态下，熔断器的温度会很大影响熔断器的保护特性，当稳定工作状态下，升高熔断器的温度时，熔断器的保护特性曲线就会向左移，更容易熔断熔断器，甚至在流过熔断器的电流小于其额定电流时也会造成非选择性熔断。
（4）流过同样的电流时，熔断器熔断所需要的时间会在减小熔断器的熔件局部截面的面积时变短，即熔断器的保护特性曲线会左移。
3电压互感器高压熔断器熔断时的现象
当电压互感器高压熔断器熔断时，熔断相的二次电压会瞬间变为零，与发生金属性短路时电压的变化情况类似，从而有可能导致安全自动装置误动作，从而威胁电网的安全可靠运行。
案例分析：图2是110kV某变电站的10kV母线接线方式，是典型的单母分段接线方式，在正常的运行方式下，10kVⅠ母线由#1主变10kV侧501开关供电，10kVⅡ母线由#2主变10kV侧502开关供电，10kV母联500开关热备用，10kV备自投投入。
图2 110kV某变电站10kV母线接线方式
2012年的某月某日某时某分，10kVⅠ母线电压互感器51PT发生高压熔断器三相熔断，10kVⅠ母线二次电压三相为零，同时由于10kVⅠ母线出线负荷较小，流过501开关电流互感器的二次电流很小（达到10kV备自投动作的电流值），因而满足了10kV备自投动作的电压和电流条件，从而导致10kV备自投动作：先是跳开了501开关，继而合上500开关，造成了10kVⅠ母线瞬时失压，两段10kV母线长时间单主变供电，降低了系统供电的可靠性。
4 10kV电压互感器高压熔断器熔断的原因分析及对策
4.1由铁磁谐振过电压引起
非线性元件电感在正常运行时，电感值保持不变，在铁芯未饱和时其伏安特性曲线是直线，电压互感器自身运行状态会在系统产生某些波动时改变，导致相电压增高，这时出现不同饱和程度的三相铁心，致使电感值不断下降，使铁磁谐振出现，所产生的过电压会导致电压互感器高压熔断器熔断。常见于运行中的系统产生铁磁谐振的原因有：电压互感器突然合闸时绕组内产生巨大涌流、单相弧光接地、单相接地等。在10kV系统中，由于10kV母线接有较多的10kV出线，在恶劣天气下，经常会出现单相接地故障，从而产生铁磁谐振过电压，就有可能导致10kV电压互感器高压熔断器熔断，这就解析了10kV电压互感器高压熔断器熔断经常是发生在恶劣天气时候的原因了。
要消除铁磁谐振过电压，可采取以下对策：（1）更换励磁特性更好的电压互感器。励磁特性更好的电压互感器在外部因素突变时，不易造成三相铁芯饱和，从而降低形成谐振过电压的可能性。（2）减少同一系统中电压互感器接地数量，增大电压互感器的感抗，减小谐振范围。（3）安装消弧线圈。消弧线圈的作用是当电网发生单相接地故障后，故障点流过电容电流，消弧线圈提供电感电流进行补偿，使故障点电流降至10A以下，有利于防止弧光过零后重燃，达到灭弧的目的，降低高幅值过电压出现的几率，防止事故进一步扩大。 当消弧线圈正确调谐时，不仅可以有效的减少产生弧光接地过电压的机率，还可以有效的抑制过电压的辐值，同时也最大限度的减小了故障点热破坏作用及接地网的电压。（4）在电压互感器高压绕组中性点安装一次消谐电阻器。相比于上述三种方式，安装消谐电阻器是一种较为简单，经济性更好的方式，是一种广泛采用的方式。一次消谐电阻器是一种非线性消谐阻尼器件，它安装在电压互感器高压绕组中性点与地之间，电网正常运行时，消谐器上电压<500V，阻值呈高电阻值（可达几百千欧），阻尼作用大，使谐振在起始阶段不易发展；当电网单相接地时，消谐器上电压较高（10KV电网中，其电压约1.7～1.8kV），阻值呈低值（几十千欧），可满足电压互感器开口三角电压不小于80V的绝缘监察要求，同时仍可阻尼谐振。电网弧光接地时，消谐器仍能保持一定的阻值，可以限制互感器涌流，运行效果十分明显。（5）安装二次消谐器。二次消谐器安装在电压互感器的开口三角绕组上，正常运行或者发生单相接地时，装置不动作，一旦判断电网发生铁磁谐振，便使正反并联在开口三角两端的两只晶闸管交替过零触发导通，限制和阻尼铁磁谐振。谐振消除后，晶闸管自行截止，必要时可以重复动作。装置起动消谐期间，晶闸管全导通，呈低阻态，电阻约为几mΩ～几十mΩ，如此小的电阻值足以阻尼高频、基频及分频三种谐振，而且对整个电网有效，是一种高效经济的消谐方法。 4.2由于电压互感器自身缺陷引起
电压互感器自身的缺陷也会导致高压熔断器熔断，比如内部线圈短路接地、绝缘损坏致过热、导线受潮、螺丝松动、拉弧、火花放电现象以及套管缘破损放电等等，都可以引起一次熔丝熔断，做好设备运行的维护检查，确保电压互感器在正常的情况下运行，即可避免由此引起的高压熔断器熔断故障。
4.3二次保险容量选择过大
电压互感器二次保险容量如果选择过大，当二次系统负荷过重或发生故障，二次起不到保护作用，就有可能造成一次侧的高压熔断器熔断。因此，合理选择一、二次保险容量及电压互感器容量可以避免这个问题。
4.4电压互感器高压保险质量问题
当同一电压互感器出现高压熔断器频繁熔断现象或几个不同的电压互感器均出现高压熔断器熔断，而这些熔断器均为同一厂家同一批次的同一款产品时，就要重点考虑是否是熔断器本身的质量问题。如果以现有的技术手段不能判定，可以先更换其他厂家的产品，如果不再出现类似现象，就可以基本判定是熔断器本身的问题，应当弃用，转而使用质量好的高压熔断器。
4.5由电压互感器安装地点振动引起
对于填料式高压熔断器，很容易忽视由于振动引起熔断器熔断这一原因，有如下特点时，电压互感器高压熔断器熔断原因可以考虑是由振动引起的：
（1）工作现场振动较大的电压互感器。
（2）每次熔断后，更换新熔断器后一切正常，但又经常发生熔断。
（3）有时熔断无规律性，有时固定一相保险熔断，无规律性的保险熔断，例如有时A 相熔断，有时B相熔断，或者有时是C 相熔断，我们往往会首先考虑铁磁谐振，但电磁式电压互感器工作现场若振动，最大的可能性是振动导致。
如果判定为是由于振动引起的，就要根据振动产生的原因采取相应的措施，或者更改电压互感器的安装地点。
5 结束语
10kV电压互感器高压熔断器熔断是变电站常见的故障之一，这种故障会造成电压互感器无法正常工作，无法为保护、计量、仪表装置等提供二次电压，使得相应设备的电压值失去监控，计量装置失效，更有可能导致安全自动装置误动作，威胁电网的安全可靠运行。造成10kV电压互感器高压熔断器熔断的原因很多，而其中最常见同时又是最复杂的原因是铁磁谐振过电压。因此，我们在日常的反措工作中，应当以消除谐振过电压为主要目标，根据现场情况采取有效的措施，从而确保设备安全运行。
【参考文献】
[1] 杨传箭. 电气运行工人技术问答. [M]水利电力出版社， 2012.02
[2] 胡志光. 发电厂电气设备及运行. [M] 中国电力出版社， 2008.09
【摘要】10kV电压互感器高压熔断器熔断是变电站常见的故障之一，该故障会给电网的安全可靠运行带来威胁，本文对10kV电压互感器高压熔断器熔断的原因进行详细分析，并提出了相应的防止措施。
【关键词】电压互感器；高压熔断器；铁磁谐振；过电压
1 引言
电压互感器是电力系统重要设备，它是把高电压按比例关系变换成固定值的（通常是100V）标准二次电压，供保护、计量、仪表等装置使用，同时，使用电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离。在实际应用中，一方面为了防止电压互感器本身或引出线故障而影响高压系统的正常工作，另一方面，为了保护电压互感器本身，会在一些电压等级的电压互感器高压侧装设高压熔断器，其中在10kV电压互感器装设高压熔断器在电力系统中最为常见。我们在统计变电站故障类型的时候发现，10kV电压互感器高压熔断器熔断是变电站常见的故障，这种故障有可能会让安全自动装置误动作，从而威胁电网的安全可靠运行。同时，由于该类型的故障发生频率较高，而10kV系统又是直接为广大用户供电的，通常需要通过改变运行方式来确保用户供电后才能处理该种故障，因此往往给变电站运行班组带来较大的工作量。为了保证电网安全可靠运行，同时减轻变电站运行班组的工作量，需要对10kV电压互感器高压熔断器的熔断原因进行分析，并采取切实有效的反措工作，从根本上解决这个问题。
2高压熔断器的工作原理
高压熔断器的构成部分有触头、外壳及金属熔件。为达到断开电路保护设备的目的，金属熔件在电路发生短路和过负荷时，在未损坏被保护设备之前被加热熔断，其熔件的熔断就是一般所说的熔断器熔断。为了不损坏被保护的电压互感器，当过电流或短路电流在电压互感器回路中出现时，电路在熔件熔断后自动切断，这就是电压互感器高压熔断器的作用。
通常用保护特性来表示熔断器的熔断特性，其保护特性为=，曲线如图1所示。
图1中流过熔断器的电流大小用横坐标 表示；熔断器熔断所需要的时间用纵坐标表示；熔断器工作的额定电流为 ，熔断器稳定持续工作状态下的温度为，。
熔断器的保护特性可以由如下图 1 得到：
图 1 熔断器的保护特性曲线
（1）当流过熔件的电流小于其额定电流时，正常工作，熔断器不会熔断。
（2）当流过的电流大于熔件额定电流时，过电流倍数会影响熔断器熔断所需要的时间：熔断熔断器所需要的时间会因为越大的过电流倍数而越短；熔断器在非常大的过电流倍数情况下，就会瞬间熔断。
（3）稳定持续工作状态下，熔断器的温度会很大影响熔断器的保护特性，当稳定工作状态下，升高熔断器的温度时，熔断器的保护特性曲线就会向左移，更容易熔断熔断器，甚至在流过熔断器的电流小于其额定电流时也会造成非选择性熔断。
（4）流过同样的电流时，熔断器熔断所需要的时间会在减小熔断器的熔件局部截面的面积时变短，即熔断器的保护特性曲线会左移。
3电压互感器高压熔断器熔断时的现象
当电压互感器高压熔断器熔断时，熔断相的二次电压会瞬间变为零，与发生金属性短路时电压的变化情况类似，从而有可能导致安全自动装置误动作，从而威胁电网的安全可靠运行。
案例分析：图2是110kV某变电站的10kV母线接线方式，是典型的单母分段接线方式，在正常的运行方式下，10kVⅠ母线由#1主变10kV侧501开关供电，10kVⅡ母线由#2主变10kV侧502开关供电，10kV母联500开关热备用，10kV备自投投入。
图2 110kV某变电站10kV母线接线方式
2012年的某月某日某时某分，10kVⅠ母线电压互感器51PT发生高压熔断器三相熔断，10kVⅠ母线二次电压三相为零，同时由于10kVⅠ母线出线负荷较小，流过501开关电流互感器的二次电流很小（达到10kV备自投动作的电流值），因而满足了10kV备自投动作的电压和电流条件，从而导致10kV备自投动作：先是跳开了501开关，继而合上500开关，造成了10kVⅠ母线瞬时失压，两段10kV母线长时间单主变供电，降低了系统供电的可靠性。
4 10kV电压互感器高压熔断器熔断的原因分析及对策
4.1由铁磁谐振过电压引起
非线性元件电感在正常运行时，电感值保持不变，在铁芯未饱和时其伏安特性曲线是直线，电压互感器自身运行状态会在系统产生某些波动时改变，导致相电压增高，这时出现不同饱和程度的三相铁心，致使电感值不断下降，使铁磁谐振出现，所产生的过电压会导致电压互感器高压熔断器熔断。常见于运行中的系统产生铁磁谐振的原因有：电压互感器突然合闸时绕组内产生巨大涌流、单相弧光接地、单相接地等。在10kV系统中，由于10kV母线接有较多的10kV出线，在恶劣天气下，经常会出现单相接地故障，从而产生铁磁谐振过电压，就有可能导致10kV电压互感器高压熔断器熔断，这就解析了10kV电压互感器高压熔断器熔断经常是发生在恶劣天气时候的原因了。
要消除铁磁谐振过电压，可采取以下对策：（1）更换励磁特性更好的电压互感器。励磁特性更好的电压互感器在外部因素突变时，不易造成三相铁芯饱和，从而降低形成谐振过电压的可能性。（2）减少同一系统中电压互感器接地数量，增大电压互感器的感抗，减小谐振范围。（3）安装消弧线圈。消弧线圈的作用是当电网发生单相接地故障后，故障点流过电容电流，消弧线圈提供电感电流进行补偿，使故障点电流降至10A以下，有利于防止弧光过零后重燃，达到灭弧的目的，降低高幅值过电压出现的几率，防止事故进一步扩大。 当消弧线圈正确调谐时，不仅可以有效的减少产生弧光接地过电压的机率，还可以有效的抑制过电压的辐值，同时也最大限度的减小了故障点热破坏作用及接地网的电压。（4）在电压互感器高压绕组中性点安装一次消谐电阻器。相比于上述三种方式，安装消谐电阻器是一种较为简单，经济性更好的方式，是一种广泛采用的方式。一次消谐电阻器是一种非线性消谐阻尼器件，它安装在电压互感器高压绕组中性点与地之间，电网正常运行时，消谐器上电压<500V，阻值呈高电阻值（可达几百千欧），阻尼作用大，使谐振在起始阶段不易发展；当电网单相接地时，消谐器上电压较高（10KV电网中，其电压约1.7～1.8kV），阻值呈低值（几十千欧），可满足电压互感器开口三角电压不小于80V的绝缘监察要求，同时仍可阻尼谐振。电网弧光接地时，消谐器仍能保持一定的阻值，可以限制互感器涌流，运行效果十分明显。（5）安装二次消谐器。二次消谐器安装在电压互感器的开口三角绕组上，正常运行或者发生单相接地时，装置不动作，一旦判断电网发生铁磁谐振，便使正反并联在开口三角两端的两只晶闸管交替过零触发导通，限制和阻尼铁磁谐振。谐振消除后，晶闸管自行截止，必要时可以重复动作。装置起动消谐期间，晶闸管全导通，呈低阻态，电阻约为几mΩ～几十mΩ，如此小的电阻值足以阻尼高频、基频及分频三种谐振，而且对整个电网有效，是一种高效经济的消谐方法。 4.2由于电压互感器自身缺陷引起
电压互感器自身的缺陷也会导致高压熔断器熔断，比如内部线圈短路接地、绝缘损坏致过热、导线受潮、螺丝松动、拉弧、火花放电现象以及套管缘破损放电等等，都可以引起一次熔丝熔断，做好设备运行的维护检查，确保电压互感器在正常的情况下运行，即可避免由此引起的高压熔断器熔断故障。
4.3二次保险容量选择过大
电压互感器二次保险容量如果选择过大，当二次系统负荷过重或发生故障，二次起不到保护作用，就有可能造成一次侧的高压熔断器熔断。因此，合理选择一、二次保险容量及电压互感器容量可以避免这个问题。
4.4电压互感器高压保险质量问题
当同一电压互感器出现高压熔断器频繁熔断现象或几个不同的电压互感器均出现高压熔断器熔断，而这些熔断器均为同一厂家同一批次的同一款产品时，就要重点考虑是否是熔断器本身的质量问题。如果以现有的技术手段不能判定，可以先更换其他厂家的产品，如果不再出现类似现象，就可以基本判定是熔断器本身的问题，应当弃用，转而使用质量好的高压熔断器。
4.5由电压互感器安装地点振动引起
对于填料式高压熔断器，很容易忽视由于振动引起熔断器熔断这一原因，有如下特点时，电压互感器高压熔断器熔断原因可以考虑是由振动引起的：
（1）工作现场振动较大的电压互感器。
（2）每次熔断后，更换新熔断器后一切正常，但又经常发生熔断。
（3）有时熔断无规律性，有时固定一相保险熔断，无规律性的保险熔断，例如有时A 相熔断，有时B相熔断，或者有时是C 相熔断，我们往往会首先考虑铁磁谐振，但电磁式电压互感器工作现场若振动，最大的可能性是振动导致。
如果判定为是由于振动引起的，就要根据振动产生的原因采取相应的措施，或者更改电压互感器的安装地点。
5 结束语
10kV电压互感器高压熔断器熔断是变电站常见的故障之一，这种故障会造成电压互感器无法正常工作，无法为保护、计量、仪表装置等提供二次电压，使得相应设备的电压值失去监控，计量装置失效，更有可能导致安全自动装置误动作，威胁电网的安全可靠运行。造成10kV电压互感器高压熔断器熔断的原因很多，而其中最常见同时又是最复杂的原因是铁磁谐振过电压。因此，我们在日常的反措工作中，应当以消除谐振过电压为主要目标，根据现场情况采取有效的措施，从而确保设备安全运行。
【参考文献】
[1] 杨传箭. 电气运行工人技术问答. [M]水利电力出版社， 2012.02
[2] 胡志光. 发电厂电气设备及运行. [M] 中国电力出版社， 2008.09