10KV电压互感器烧毁故障分析

摘 要：本文介绍了电压互感器的用途及原理，电压互感器是用来将电力设备上的高电压降低到100伏后，再供给测量仪表或者继电器的并联线圈，这样就可以利用低压仪表间接监测或者测量高电压，从而可使测量仪表及电路构造简单、价廉，确保设备和工作人员的安全。重点分析了两种电压互感器的接线图，主要针对进口500KW短波发射机10KV系统母线电压互感器多次出现烧毁事故，详细介绍了串联谐振的原理，从现场采集的故障现象及与电站10KV电压互感器做比较，分析了电压互感器烧坏的原因，并提出了相应的整改措施。

关键词：电压互感器烧毁 串联谐振条件 零序互感器 母线接地

中图分类号：TM451 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（a）-0000-00

一、电压互感器用途及原理

电压互感器和变压器很相像，都是用来变换线路上的电压。但是变压器变换电压的目的是为了输送电能，因此容量很大，一般都是以千伏安或兆伏安为计算单位；而电压互感器变换电压的目的，主要是用来给测量仪表和继电保护装置供电，用来测量线路的电压、功率和电能，或者用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压器，因此电压互感器的容量很小，一般都只有几伏安、几十伏安，最大也不超过一千伏安。

电压互感器的基本结构和变压器很相似，它也有两个绕组，一个叫一次绕组，一个叫二次绕组。两个绕组都装在或绕在铁芯上。两个绕组之间以及绕组与铁芯之间都有绝缘，使两个绕组之间以及绕组与铁芯之间都有电的隔离。电压互感器在运行时，一次绕组N1并联接在线路上，二次绕组N2并联接仪表或继电器。因此在测量高压线路上的电压时，尽管一次电压很高，但二次却是低压的，可以确保操作人员和仪表的安全。

二、发射机10KV电压互感器接线图及原理

2009年，我台500KW发射机10KV电压互感器发生了十几起互感器烧毁事故，而与发射机10KV电压互感器在同一条母线上的电站10KV互感器却没有发生一起烧毁事故，我们分析两种互感器结构与接线的方式有什么不同，造成在同一条母线的两种互感器会有如此大的差异，下面我们先分析我台500KW发射机10KV电压互感器，其接线图及原理如下：

发射机10KV电压互感器原理图（图1）

500KW发射机使用三台单相三绕组电压互感器构成高压测量及监视回来。其二次绕组（即1S1、1S2绕组）用于测量相间电压和相对地电压，辅助二次绕组L1辅、L2辅、L3辅（即2S1、2S2绕组）接成开口三角形，供接入交流电网绝缘监视仪表和继电器用。

三个辅助绕组首尾相接成三角形接法，如图（2）：

辅助线圈三角形接法（图2）

R1和R2并联组成阻尼电阻，它的作用是为了消除铁磁谐振。电压U是三角开口电压。我们知道在正常运行情况下，U=UL1+UL2+UL3=0。即环路电流Ⅰ=0。但当三相不平衡时，如一相接地（如10KV侧A相接地，UA=0，UL1=0）或电路遭到雷击时，就很可能出现UL1+UL2+UL3≠0，即三角开口电压U≠0。辅助线圈出现环路电流，线圈由电感和砸间电容组成，容易造成环路谐振，严重时谐振电流就能烧毁互感器线圈。而阻尼电阻的作用就是限制环路电流，消耗环流电流的能量，从而消除环路谐振。

二次绕组（即1S1、1S2绕组）出线接有2A的空气开关，如果出现励磁电流，电流大于2A，空气开关跳闸，保护二次线圈和测量回路仪器不至于损坏。

有上述，我们可以知道，电压互感器的二次线圈及辅助二次线圈，不容易烧毁，而电压互感器一次线圈匝数多、线径细烧毁。所以10KV电压互感烧毁只有因为一次线圈流过了很大的电流从而造成了互感器的烧毁。我们砸开损坏的互感器，发现确实是一次线圈被击穿损坏。而一次线圈如此大的电流从哪里来呢？下面在分析下，当10KV母线有一相（假设B相）接地，电压互感器会有什么情况。接地向量图如图（3）：线路的中点（即N点）与UB 的顶点重合，通俗地可以理解为，因为B相接地，大地就成了线路的B相，B相与大地重合。所以B相电压相对于大地等于零，即UBN=0 而UAN= UCN= UAB，末接地的两相UAN、UCN相电压将升高到原来的√3倍，将严重影响线路和电气设备的安全运行（此时因为电压互感器的励磁阻抗很大，故流过的电流很小）。但是，如果一旦接地故障点消除，非接地相电压互感器线圈在故障期间已充的电荷只能通过电压互感器高压线圈经其自身的接地点流入大地（图4）。在这一瞬间电压突变过程中，电压互感器高压线圈的非接地两相的励磁电流就要突然增大，甚至饱和，每个互感器线圈都能等效成一个电感和一个电容串联组成，电感和电容很容易构成相间串联谐振。

串联谐振的定义：

输入阻抗Z =R+j（ωL― 1/ωC） =R+Jx

当ωL>1/ωC感性。

当ωL

当ωL=1/ωC X=0，电路中的电压、电流同相，

电路的这种状态称为谐振，串联谐振的条件：

ωL=1/ωC

当ω0 =1/√LC 时，ω0称为谐振角频率。

串联谐振有几个特点：

1， 输入电压U 和 输入电流I 同相。

2， 输入阻抗Z 为纯电阻，即Z=R，电路中阻抗值Z最小。

3， 输入电流I达到最大值。

4， 串联谐振时，LC上的总电压等于0. LC相当于短路。电源电压全部加在电阻R上。

5， 品质因数Q =UC / U ，表示电感（或电容）上的电压与电源的比值，即电路在谐振时电压被放大的倍数。

UL0 = UC0 = QU， UL0、UC0是电源电压的Q倍。如ωL=1/ωC>>R，则Q很高，L和C上出现高电压。

所以当导致电压互感器铁芯逐渐磁饱和，其电感迅速减小，当电感降到满足ωL=1/ωC时，即具备谐振条件，从而产生串联谐振电压。这个电压是电压互感器输入电压（10KV）的数倍，电压互感器会因为这个串联谐振电压而击穿互感器的绝缘，导致绝缘介质受热而汽化，体积急速膨胀，而干式电压互感器内部空间有限，当压强增加到一定程度时便发生绝缘物质溶化，甚至爆裂。

B相接地向量图（图3） 电压互感器在故障消除后放电示意图（图4）

三，电站使用的电压互感器原理与接线图如下：

电站10KV电压互感器原理图（图5）

电站的10KV电压互感器的高压侧，在N线上增加了一组互感器，这个互感器只有一次侧，且与相线上的互感器一次侧线圈完全相同，这个互感器我们成为零序互感器，中点经零序电压互感器再接地，这种互感器由于有4个电压互感器组成，所以称为“4VT”接法。

B相一次侧接地图（图6）

其消谐原理是，当单相接地（假设B相接地）时，因为B相接地，大地就相当于了B相，大地就有UB相的电压，即N’处电压等于UB，所以零序电压互感器的一次线圈（N N’） 上就出现一个零序电压，这个零序电压与B相一次侧线圈电压大小相等，方向相反，N处的电压没有发生变化，UN=0。此时我们再分析未接地的其它两相（即AB两相）的对地电压UAN、 UCN，因为N处的电压没有发生变化，所以UAN= UCN，即UAN和UAC电压没有发生变化。因为UAN和UCN电压没有发生变化，所以当B相接地消除时，A、C两相电压没有发生突变，故不会出现谐振频率，因此不致于引起电压互感器发生串联谐振，电压互感器也不会因为串联谐振而烧毁。

四，结束语

有以上分析，我们知道，引起我台500KW发射机10KV电压互感器烧毁的主要原因是：10KV母线有瞬间接地故障。由于我台行政10KV线路、封城水泵房10KV线路与发射机10KV供电在同一母线上并联使用，同时我台周围环境也比较差，在雷雨、大风冰雪等恶劣天气，10KV母线的一相瞬间接地情况经常发生，在中性点不接地系统中，当系统发生单相接地故障时，系统仍可在故障状态下继续运行一段时间，有供电连续性高的优点。知道了故障原因，我们重点检查台区10KV线路，10KV线路由原来的裸铝线更换为绝缘铝线，更换所有10KV线路上所有避雷器，检查所有瓷瓶，重新制作了10KV线路避雷器的接地线，砍伐10KV线路下树木等等，这些工作完成后，三年来，500KW发射机10KV电压互感器没有再发生一次烧毁事故，为发射机的安全播音、优质零秒提供了有力的保障。

参考文献

[1] 吴文胜；曾悦；；10KV电压互感器故障原因分析及对策[J]；湖北电力；2010年03期

[2] 王真；；电压互感器铁磁谐振的原因与对策[J]；海峡科学；2009年03期