浅议电压互感器故障分析及改进措施

【摘要】系统结构的复杂性和运行方式的灵活性，使运行参数也具有随机性，导致PT熔断器熔断的原因也多种多样，采用单一方法因局限性难以有效降低故障率。只有综合分析，依具体情况同时采用几种措施才能奏效。笔者认为应首先从运行方式、设备选用和操作上防止谐振发生，尽量采取简单而实用的措施加以解决。下面文章重点讨论了在10KV配电网中性点不接地系统中导致电压互感器故障的各种原因，并对各种解决方法进行利弊分析，并提出相应的改进措施。

【关键词】电压互感器 电源谐振 熔断器

【中图分类号】TM451 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0312-01

1、引言

根据电力行业标准DL/T448 2000《电能计量装置技术管理规程》要求，10KV中性点绝缘电力系统的高压电能计量装置应采用三相二元件计量方式，通常采用高压计量柜（或计量箱）。整套计量装置包括两只电压互感器（PT）、两只电流互感器（cT）和一套三相三线的电能表，PT采用V/V接线。由于经济飞速发展，企业用电负荷不断增加，因负荷重，密度大，负荷种类繁杂，用电特性多样，10KV用户高压计量PT经常发生熔断器熔断或烧毁，造成计量表计失压而少计电量。若故障处理不及时，对供、用电双方都会造成一定损失，影响线损计算的同时，影响供电服务水平，所以加强高压计量监管，保证设备安全可靠运行对正确计量有着非常重要的意义。

2、造成高压PT故障的原因分析

在正常运行中，PT的内部故障的机率很小。从故障情况数据统计来看，不接地PT故障主要有下面几个原因。

2.1 低频饱和电流可引起PT一次熔丝熔断

当系统发生单相弧光接地时，未接地相的电压升高到线电压。故障点会以接地点为通路，在电源导线大地间流过电容电流。由于PT的励磁阻抗很大，其流过的电流很小。一旦故障消失，电流通路被切断，此时三相对地电容（零序电容）中储存的电荷将对三相PTNK绕组电感放电，相当于一个直流电源作用在一个带铁心的电感线圈上，构成低频振荡电压分量。在这一瞬变过程中，PT高压绕组中流过一个幅值很高的低频饱和电流，使铁心严重饱和。低频饱和电流在单相接地消失后1/4～1/232频周期内出现，幅值可远大于分频谐振电流（分频谐振电流约为额定励磁电流的百倍以上）频率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。实际上，由于接地电弧熄灭的时刻不同，即初始相位角不同，故障的切除不一定都在非接地相电压达最大值这一严重情况下发生。因此，并非每次单相接地故障消失时，都会在高压绕组中产生大的涌流。而且低频饱和电流的大小，还与PT付安特性有很大关系，铁心越容易饱和该饱和电流就越大，高压熔丝就越易熔断。

2.2 一、二次绕组绝缘降低可引起熔丝熔断

PT绝缘击穿，使互感器产生短路匝，造成铁心饱和，阻抗大幅下降，从而使一次电流大幅上升。造成电压互感器匝间或层间绝缘不良的一个原因是漆包线的质量不好，漆膜有缺陷，或者漆膜耐受制造与运行工况的能力差。例如一些Qz型漆包线用到了油浸绝缘互感器，长期的浸泡使漆膜脱落。一些绝缘耐热差的漆包线，例如：绝缘等级E级的漆包线用于环氧树脂浇注产品，树脂浇注过程中的温度可能高达150℃，而，E级绝缘只能承受115℃，部分漆膜在浇注过程中被破坏，造成绝缘隐患，即使通过出厂试验，也容易在运行中损坏。

2.3 雷云闪电时，发生线路落雷，导致PT多相高压熔丝熔断

10～35KV架空线路，在空旷的野外，没有架空地线，三相导线暴露在空中。在雷云电荷的作用下三相导线都感应相同数量的束缚电荷当雷云放电，三相导线上的束缚电荷向线路两侧运动，对变电站、变压器形成侵入波。此侵入波的电压并不高，熔丝熔断是发热的结果。只有电流的幅值高且侵入波持续时间长时，才会使高压熔丝熔断。而同时具备此两种条件的机会不大。故因雷击引起高KPT熔丝熔断仍是小概率事件。

2.4 二次绕组短路

PT二次绕组发生短路或轻微短路时，会造成电流过大。如果二次保险选配合适的情况下，易引起二次保险熔断。如果二次保险选配不合适，将引起二RPT电流迅速增大，热量急聚增加，从而引起爆炸事故。

电压互感表面湿度过大或有灰尘及其它原因引起系统有放电或闪络现象，将产生高电压，互感器铁心饱和，激磁电流急剧增加，进而引起事故。

综合分析我局计量PT故障情况，PT损坏故障占很少比例，90%以上故障表现为熔断器熔断，在更换熔断器处理后装置正常运行。通过对运行环境、电网结构及故障特点等分析。可以认为接地故障、二次短路等属于系统的随机的小概率事件，不可预防。而电源谐振才是造成熔断器熔断的主要原因，需要重点采取措施加以预防和改善。

3、防止谐振的措施及利弊分析

不接地电压互感器故障主要由电源谐振造成，电源谐

振产生的故障电压不是10KV等级的电压互感器可以耐受的，因此只能采取消除谐振的措施。

（1）改变电感、电容的参数，使其不易激发引起谐振；可通过降低铁心磁通密度或增大负载容量来改变励磁特性。但这里有一个矛盾，就是对铁心磁通密度的选择，不仅要考虑使其满足接地过电压的要求，还要使其在额定电压下和接地过电压下的电感值最小。这样就使谐振区域缩小并前移，需要更大的激发才会产生谐振。在材料选择上二者是矛盾的，设计时需取得平衡。

（2）消耗谐振能量、增大系统阻尼，抑制或消除谐振的发生；在母线上接入一定大小的电容器，使容抗（XC）与感抗（XL）的比值小于0.01可避免谐振。有两个途径：采用加大线路长度、用电缆代替架空线路、在10KV以下系统装设一组单相对地电容器等方法，以减小xc值。DL/T620 1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中也有“减少同一系统中PT中性点接地的数量，除电源侧PT由高压绕组中性点接地外，其它PT中性点尽量不接地”这是为了增大XL值。但新问题是，随着XCXL的减小，系统在单相接地故障消除后所产生的过电流的直流分量也逐渐增大。当XC XL

（3）在电力系统设计方面采取不同的接地方式或运行时采取临时倒闸措施，因其需进行系统性的综合考虑，实施起来比较复杂。

（4）在同一个IOKV配电系统中，应尽量减少PT的台数。同一电网中，并联运行的PT台数越多，总的伏安特性会变得越差，总体等值感抗也越小，如电网中电容电流较大，则容易发生谐振，所以应尽量减少PT的台数。

4、改进措施

因不同消谐措施有其局限性，只能消除特定情况下的谐振。我局结合电网的实际情况，在不改变配网运行方式的情况下综合治理，采取了如下方法。

（1）针对某生产厂家因铁磁谐振致PT烧毁事件频繁的情况，要求厂家做出改进，降低PT心的磁通密度，提高抗谐振能力。

（2）将PT保护熔断器额定电流从0.05A改用2A增大熔断器的通流容量能力。

（3）对专变用户的计量方式进行了改进，从原来的500KV·A及以上的变压器分台计量，改为凡总容量大于600KV·A的用户均采用10KV进线总计量。一方面减少了同一条10KV配电线路中并联的PT的台数，有效减少铁磁谐振的发生。另一方面减少了小型变压器台数，减少了计量维护点。

（4）规定将PT容量从原来的10～25V·A提升到40V·A以上，（不改变体积情况下）使PT励磁特性、伏安特性均有大幅改善，有效降低铁磁谐振发生时的谐振电流和低频饱和电流。