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[摘 要]本文主要针对35KV电压互感器故障原因进行分析，并提出相关的对策，以供参考。
[关键词]电压互感器故障 原因处理
中图分类号：TM45 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0022-02
1 故障原因分析
1.1 电压互感器熔断器熔断原因分析
某110KV变电站35KV母线段电压互感器经常出现熔断器熔断的事故，事故发生后，通过对线路和电压互感器的检查，排除了电压互感器内部故障和电压互感器二次导线的短路问题，通过对35KV变电站配电系统分析，供电不稳定，电压波动较大，同时低压配电系统中变频设备较多，谐波源较多，故而造成配电系统易产生谐振，使电压互感器熔断器熔断。
1.2 电压互感器熔断器烧毁原因分析
电压互感器烧毁和爆裂的直接原因是由于绕组中通过过电流而引起发热造成的，流过绕组的过电流主要是：一是由于铁磁谐振或线路弧光接地引起的过电压，正常情况下，电压互感器承受的过电压和绕组上通过的电流不大，但是由于过电压不能很快消失和产生的热量不能发散出去，造成电压互感器温度上升。当温度达到一定程度时，电压互感器中绝缘介质受热分解产生的气体使其内部有限的空间中压力急剧变大，当内部压力超过其結构所内承受的极限时便发生电压互感器烧毁和爆炸事故，二是由于瞬间高幅值电压引起的，当电压互感器上的电压超过其极限耐压时，使电压互感器的绝缘击穿，造成绕组匝间短路，绕组电阻较小通过电流增大，而造成电压互感器爆炸。
经过对35KV电压互感器烧毁事故当天的监测数据分析，是由于谐振引起电压互感器烧毁和爆裂。
2 引发谐振的原因分析
在中点不接地系统中，由于接地保护的需要，三相电压互感器的中点是直接接地的，因此电压互感器与电网线路对地电容并联而形成谐振回路，电磁式电压互感器的电感是非线性的，这种谐振回路为非线性谐振回路，或称铁磁谐振回路，如图1。通常，在正常运行时，电压互感器的感抗XL远大于电网对地电容的容抗XC，即XL与XC不会形成谐振，但下列几种激发条件可以造成谐振：①电压互感器的突然投入；②线路发生单相接地；③系统运行方式的突然改变或电气设备的投切；④系统负荷发生较大的波动；⑤电网频率的波动；⑥负荷的不平衡变化等。由于以上几种条件使电压互感器的电感量发生变化，如果XL与XC匹配合适则将产生谐振。电压互感器的谐振必须由工频电源供给能量才能维持下去，如果抑制或消耗这部分能量，谐振就可以抑制或消除。由于电网中点不接地，正常运行时电压互感器中点Nˊ和电源中点对地同电位，即中点不发生位移，当发生谐振时，电压互感器一相、两相或三相绕组电压升高，各相对地电位发生变动，但因电源电势由发电机的正序电势所固定，EA、EB、EC保持不变，在电网这一部分对地电压的变动则表现为电源中点发生位移，而出现零序电压，这就是说，谐振的发生是由于中点位移而引起的。假定当A相电压下降，B、C相电压升高，则A相显容性，而B、C相显感性，等值电路图如图2所示。如图所示，三相中各阻抗不对称，电源中点产生位移，在一定条件下将产生谐振。
3 谐振的基本特性
3.1 工频谐振
由电压互感器引发的基波谐振表现为一相电压降低，两相电压升高，且中点移到线电压三角形之外。基波谐振产生的过电压幅值般不高，对地稳态过电压不超过2倍相电压，暂态过电压也不过3.6倍相电压。
3.2 高频谐振
在中点绝缘系统中，由于电源不能向电压互感器提供三次谐波励磁电流，而使铁芯中磁通为平顶波，含有三次谐波磁通，对于三个单相电压互感器而言，三次谐波磁通可在每相电压互感器铁芯上流通，因而产生三次谐波电势，使中点位移而发生谐振。
高频谐振的表现是三相电压同时升高，即在工频电压下迭加三次谐波电压，因为各相基波电压与三次谐波电压均相等，所以三相电压指示相同。高频谐振通常在空母线合闸的激发条件下产生。有时，变电站出线很短是也会发生。高频谐振会产生较高的过电压，最高可达3倍相电压。
3.3 1/2分频谐振
除了基波和三次谐波谐振以外，电压互感器的铁磁谐振电路还可产生低于电源频率的分次谐波谐振，其中大多数为1/2次谐波谐振。1/2分频谐振时，其谐波波源必然存在电源中点与互感器高压绕组中点之间，即在UNN中，它是零序性质的。因此，分频谐振电压一般都认为每相对地电压为电源电势（基波）和中点位移电压（1/2次谐波）的相量和。1/2分频谐振过电压不高（不超过2倍相电压），这是由于铁芯深度饱和所致。因为频率减半，互感器铁芯中磁密要比额定时大1倍，使铁芯饱和，励磁感抗急剧下降，因而高压绕组流过极大的过电流，一般可达几十倍甚至上百倍额定电流，使互感器过热并产生电动力的破坏。由于是热和电动力的破坏，电压互感器往往有一发展过程，表现为互感器冒烟、熔丝熔断、油浸互感器喷油等。1/2分频谐振的激发条件大都是单相接地故障又突然消除的暂态过程。由于其起振电压较低，在一定电网条件下1/2分频谐振是最容易发生的，而且破坏力很强，也是电压互感器出现烧坏事故的主要原因。
4 常用消谐方法及优缺点
4.1 采用励磁特性较好的电压互感器
选用伏安特性非常好的电压互感器，使电压互感器在一般的过电压下不会进入饱和区，不易构成参数匹配而出现谐振，但是电压互感器的励磁特性越好，产生电压互感器谐振的电容参数范围就越小，虽可降低谐振发生的概率，但一旦发生过电压，则过电流更大，谐振越剧烈。
4.2 在母线上装设中性点接地的三相星型电容器组
增加对地电容这种方法，可增大各相对地电容，使XC/XL<0.01时，回路参数超出谐振的范围，可防止谐振。因使用此方法，改变了电网零序电容，XC/XL随之改变，回路中可能出现由一种谐振状态转变为另一种谐振状态。 4.3 电压互感器高压侧中性点经电阻接地
在高压绕组中性点安装电阻器Ro后，能够分担加在电压互感器两端的电压，从而能限制电压互感器中的电流，特别是限制断续弧光接地时流过电压互感器的高幅值电流，将高压绕组中的涌流抑制在很小的水平，相当于改善电压互感器的伏安特性。
从阻尼的角度看，串入的电阻Ro越大，抑制谐振的效果就越好，若Ro为无穷大，即PT高压侧中性点变为绝缘，则不会发生谐振，会使电网单相接地故障时开口三角电压太低，影响接地指示灵敏度以及保护装置的正确动作。
4.4 电压互感器一次侧中性点经零序电压互感器接地
此类型接线方式的电压互感器称为抗谐振电压互感器，其原理是提高电压互感器的零序励磁特性，从而提高电压互感器的抗烧毁能力，但是电压互感器中性点仍承受较高电压，且电压互感器在谐振时虽可能不损坏，但谐振依然存在。
4.5 电压互感器二次侧开口三角接阻尼电阻
在三相电压互感器一次侧中性点串接单相电压互感器或在电压互感器二次开口三角处接入阻尼电阻，用于消耗电源供给谐振的能量，能够抑制铁磁谐振过电压，其电阻值越小，越能抑制谐振的发生。但在实际应用中，由于原理及装置的可靠性欠佳，这种装置的运行情况并不理想。在单相持续接地时，开口三角绕组也必须具备足够大的容量，这种消谐措施对非谐振区域内流过电压互感器的大电流起不到限制作用。
5 处理方法
可以采用自动调谐原理的接地补偿装置，通过过补、全补和欠补的运行方式，来较好地解决谐振问题。自动调谐接地补偿装置主要是由五大部分组成：接地变压器、电动式消弧线圈、微机控制部分、阻尼电阻部分、中性点专用互感器和非线性电阻。接地变压器是作为人工中性点接入消弧线圈。消弧线圈电流通过有载开关调节并实现远方自动控制，采用予调节方式，即在正常運行方式情况下，根据电网参数的变化而随时调节消弧线圈的分接头到最佳位置。自动跟踪和自动调谐利用微机控制器实现。通过测量位移电压为主和中点电流与电压之间的相位，能够准确的计算、判断、发出指令自动进行调整，显示有关参数：电容电流、电感电流、残流和位移电压等。
自动调谐接地补偿装置能够实现全补偿运行或很小的脱谐度，主要是由于在消弧线圈的一次回路中串入了大功率的阻尼电阻，降低中性点谐振过电压的幅值使之达到相电压的5%-10%。可在消弧线圈的一次回路中串入大功率的阻尼电阻，增大阻尼率的措施来达到。消弧线圈的脱谐率与电压及电网的阻尼率有关，当电网形成后其不对称电压基本是个固定值，消弧线圈为保证在单相接地时有效地抑制弧光过电压的产生，要求脱谐率达到5%以内，那么只有改变阻尼率，才能改变位移电压，因此应当在消弧线圈回路串入电阻，保证阻尼率，控制中性点位移电压。在低压电网中由于中性点不对称电压很小，为提高测量精度采用特制的中性点专用互感器，提高检测灵敏度；非线性电阻的采用对欠补偿下的断线过电压和传递过电压都有明显的抑制作用。
随着科技的发展，电力系统的复杂程度也在不断增加，如何保障变电站的正常运行是目前研究的重要内容之一。本文对110KVKV变电站的35KV电压互感器的故障分析和问题处理，希望能对日后变电站的维护和建设起到一定的帮助作用。
参考文献
[1] 万千云，梁惠盈，齐立新.万英.电力系统运行实用技术[M].北京：中国电力出版社，2005：140-152.
[2] 张滨生.变电运行与检修[M].北京：中国电力出版社，2003：189-203.
[3] 刘继军.PT铁磁谐振过电压的产生原因与抑制措施[J].电气开关，2011.22（1）：4-6.
[关键词]电压互感器故障 原因处理
中图分类号：TM45 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0022-02
1 故障原因分析
1.1 电压互感器熔断器熔断原因分析
某110KV变电站35KV母线段电压互感器经常出现熔断器熔断的事故，事故发生后，通过对线路和电压互感器的检查，排除了电压互感器内部故障和电压互感器二次导线的短路问题，通过对35KV变电站配电系统分析，供电不稳定，电压波动较大，同时低压配电系统中变频设备较多，谐波源较多，故而造成配电系统易产生谐振，使电压互感器熔断器熔断。
1.2 电压互感器熔断器烧毁原因分析
电压互感器烧毁和爆裂的直接原因是由于绕组中通过过电流而引起发热造成的，流过绕组的过电流主要是：一是由于铁磁谐振或线路弧光接地引起的过电压，正常情况下，电压互感器承受的过电压和绕组上通过的电流不大，但是由于过电压不能很快消失和产生的热量不能发散出去，造成电压互感器温度上升。当温度达到一定程度时，电压互感器中绝缘介质受热分解产生的气体使其内部有限的空间中压力急剧变大，当内部压力超过其結构所内承受的极限时便发生电压互感器烧毁和爆炸事故，二是由于瞬间高幅值电压引起的，当电压互感器上的电压超过其极限耐压时，使电压互感器的绝缘击穿，造成绕组匝间短路，绕组电阻较小通过电流增大，而造成电压互感器爆炸。
经过对35KV电压互感器烧毁事故当天的监测数据分析，是由于谐振引起电压互感器烧毁和爆裂。
2 引发谐振的原因分析
在中点不接地系统中，由于接地保护的需要，三相电压互感器的中点是直接接地的，因此电压互感器与电网线路对地电容并联而形成谐振回路，电磁式电压互感器的电感是非线性的，这种谐振回路为非线性谐振回路，或称铁磁谐振回路，如图1。通常，在正常运行时，电压互感器的感抗XL远大于电网对地电容的容抗XC，即XL与XC不会形成谐振，但下列几种激发条件可以造成谐振：①电压互感器的突然投入；②线路发生单相接地；③系统运行方式的突然改变或电气设备的投切；④系统负荷发生较大的波动；⑤电网频率的波动；⑥负荷的不平衡变化等。由于以上几种条件使电压互感器的电感量发生变化，如果XL与XC匹配合适则将产生谐振。电压互感器的谐振必须由工频电源供给能量才能维持下去，如果抑制或消耗这部分能量，谐振就可以抑制或消除。由于电网中点不接地，正常运行时电压互感器中点Nˊ和电源中点对地同电位，即中点不发生位移，当发生谐振时，电压互感器一相、两相或三相绕组电压升高，各相对地电位发生变动，但因电源电势由发电机的正序电势所固定，EA、EB、EC保持不变，在电网这一部分对地电压的变动则表现为电源中点发生位移，而出现零序电压，这就是说，谐振的发生是由于中点位移而引起的。假定当A相电压下降，B、C相电压升高，则A相显容性，而B、C相显感性，等值电路图如图2所示。如图所示，三相中各阻抗不对称，电源中点产生位移，在一定条件下将产生谐振。
3 谐振的基本特性
3.1 工频谐振
由电压互感器引发的基波谐振表现为一相电压降低，两相电压升高，且中点移到线电压三角形之外。基波谐振产生的过电压幅值般不高，对地稳态过电压不超过2倍相电压，暂态过电压也不过3.6倍相电压。
3.2 高频谐振
在中点绝缘系统中，由于电源不能向电压互感器提供三次谐波励磁电流，而使铁芯中磁通为平顶波，含有三次谐波磁通，对于三个单相电压互感器而言，三次谐波磁通可在每相电压互感器铁芯上流通，因而产生三次谐波电势，使中点位移而发生谐振。
高频谐振的表现是三相电压同时升高，即在工频电压下迭加三次谐波电压，因为各相基波电压与三次谐波电压均相等，所以三相电压指示相同。高频谐振通常在空母线合闸的激发条件下产生。有时，变电站出线很短是也会发生。高频谐振会产生较高的过电压，最高可达3倍相电压。
3.3 1/2分频谐振
除了基波和三次谐波谐振以外，电压互感器的铁磁谐振电路还可产生低于电源频率的分次谐波谐振，其中大多数为1/2次谐波谐振。1/2分频谐振时，其谐波波源必然存在电源中点与互感器高压绕组中点之间，即在UNN中，它是零序性质的。因此，分频谐振电压一般都认为每相对地电压为电源电势（基波）和中点位移电压（1/2次谐波）的相量和。1/2分频谐振过电压不高（不超过2倍相电压），这是由于铁芯深度饱和所致。因为频率减半，互感器铁芯中磁密要比额定时大1倍，使铁芯饱和，励磁感抗急剧下降，因而高压绕组流过极大的过电流，一般可达几十倍甚至上百倍额定电流，使互感器过热并产生电动力的破坏。由于是热和电动力的破坏，电压互感器往往有一发展过程，表现为互感器冒烟、熔丝熔断、油浸互感器喷油等。1/2分频谐振的激发条件大都是单相接地故障又突然消除的暂态过程。由于其起振电压较低，在一定电网条件下1/2分频谐振是最容易发生的，而且破坏力很强，也是电压互感器出现烧坏事故的主要原因。
4 常用消谐方法及优缺点
4.1 采用励磁特性较好的电压互感器
选用伏安特性非常好的电压互感器，使电压互感器在一般的过电压下不会进入饱和区，不易构成参数匹配而出现谐振，但是电压互感器的励磁特性越好，产生电压互感器谐振的电容参数范围就越小，虽可降低谐振发生的概率，但一旦发生过电压，则过电流更大，谐振越剧烈。
4.2 在母线上装设中性点接地的三相星型电容器组
增加对地电容这种方法，可增大各相对地电容，使XC/XL<0.01时，回路参数超出谐振的范围，可防止谐振。因使用此方法，改变了电网零序电容，XC/XL随之改变，回路中可能出现由一种谐振状态转变为另一种谐振状态。 4.3 电压互感器高压侧中性点经电阻接地
在高压绕组中性点安装电阻器Ro后，能够分担加在电压互感器两端的电压，从而能限制电压互感器中的电流，特别是限制断续弧光接地时流过电压互感器的高幅值电流，将高压绕组中的涌流抑制在很小的水平，相当于改善电压互感器的伏安特性。
从阻尼的角度看，串入的电阻Ro越大，抑制谐振的效果就越好，若Ro为无穷大，即PT高压侧中性点变为绝缘，则不会发生谐振，会使电网单相接地故障时开口三角电压太低，影响接地指示灵敏度以及保护装置的正确动作。
4.4 电压互感器一次侧中性点经零序电压互感器接地
此类型接线方式的电压互感器称为抗谐振电压互感器，其原理是提高电压互感器的零序励磁特性，从而提高电压互感器的抗烧毁能力，但是电压互感器中性点仍承受较高电压，且电压互感器在谐振时虽可能不损坏，但谐振依然存在。
4.5 电压互感器二次侧开口三角接阻尼电阻
在三相电压互感器一次侧中性点串接单相电压互感器或在电压互感器二次开口三角处接入阻尼电阻，用于消耗电源供给谐振的能量，能够抑制铁磁谐振过电压，其电阻值越小，越能抑制谐振的发生。但在实际应用中，由于原理及装置的可靠性欠佳，这种装置的运行情况并不理想。在单相持续接地时，开口三角绕组也必须具备足够大的容量，这种消谐措施对非谐振区域内流过电压互感器的大电流起不到限制作用。
5 处理方法
可以采用自动调谐原理的接地补偿装置，通过过补、全补和欠补的运行方式，来较好地解决谐振问题。自动调谐接地补偿装置主要是由五大部分组成：接地变压器、电动式消弧线圈、微机控制部分、阻尼电阻部分、中性点专用互感器和非线性电阻。接地变压器是作为人工中性点接入消弧线圈。消弧线圈电流通过有载开关调节并实现远方自动控制，采用予调节方式，即在正常運行方式情况下，根据电网参数的变化而随时调节消弧线圈的分接头到最佳位置。自动跟踪和自动调谐利用微机控制器实现。通过测量位移电压为主和中点电流与电压之间的相位，能够准确的计算、判断、发出指令自动进行调整，显示有关参数：电容电流、电感电流、残流和位移电压等。
自动调谐接地补偿装置能够实现全补偿运行或很小的脱谐度，主要是由于在消弧线圈的一次回路中串入了大功率的阻尼电阻，降低中性点谐振过电压的幅值使之达到相电压的5%-10%。可在消弧线圈的一次回路中串入大功率的阻尼电阻，增大阻尼率的措施来达到。消弧线圈的脱谐率与电压及电网的阻尼率有关，当电网形成后其不对称电压基本是个固定值，消弧线圈为保证在单相接地时有效地抑制弧光过电压的产生，要求脱谐率达到5%以内，那么只有改变阻尼率，才能改变位移电压，因此应当在消弧线圈回路串入电阻，保证阻尼率，控制中性点位移电压。在低压电网中由于中性点不对称电压很小，为提高测量精度采用特制的中性点专用互感器，提高检测灵敏度；非线性电阻的采用对欠补偿下的断线过电压和传递过电压都有明显的抑制作用。
随着科技的发展，电力系统的复杂程度也在不断增加，如何保障变电站的正常运行是目前研究的重要内容之一。本文对110KVKV变电站的35KV电压互感器的故障分析和问题处理，希望能对日后变电站的维护和建设起到一定的帮助作用。
参考文献
[1] 万千云，梁惠盈，齐立新.万英.电力系统运行实用技术[M].北京：中国电力出版社，2005：140-152.
[2] 张滨生.变电运行与检修[M].北京：中国电力出版社，2003：189-203.
[3] 刘继军.PT铁磁谐振过电压的产生原因与抑制措施[J].电气开关，2011.22（1）：4-6.