10kV電壓互感器燒毀原因淺析

1、10kv電壓互感器燒毀原因淺析（攀枝花電業(yè)局 馮仁義）內(nèi)容提要：本文主要針對(duì)一起10kv系統(tǒng)母線電壓互感器多次出現(xiàn)燒毀現(xiàn)象，從現(xiàn)場(chǎng)采集的故障現(xiàn)象及相關(guān)數(shù)據(jù)，分析了電壓互感器燒壞的原因，并提出了相應(yīng)的整改措施。主題詞：電壓互感器 鐵磁諧振 過電壓 接地 短路1、故障現(xiàn)象及相關(guān)數(shù)據(jù)110kv某變電站10kv系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)，母線共2段，帶8回出線采用高壓組合開關(guān)柜，在2008年08月26日至27日先后燒毀10kv1、3母線c相電壓互感器3次，現(xiàn)象為本體絕緣物破裂、絕緣物溶化黑色液體流出；經(jīng)加裝10kv1母線電壓互感器中性點(diǎn)消諧器投運(yùn)后，在2008年08月27日00：15消諧器發(fā)熱變形。致使10kv

2、系統(tǒng)相關(guān)保護(hù)計(jì)量，部分自動(dòng)功能無法實(shí)現(xiàn)，這給地區(qū)供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了隱患。 2、現(xiàn)象分析：根據(jù)調(diào)度記錄顯示：該變電站10kv系統(tǒng)在2008年08月26日至27日，多次出現(xiàn)接地故障，或經(jīng)樹枝間接接地。在過去出廠10 kv的電壓互感器銘牌上規(guī)定，接地運(yùn)行時(shí)間不許超過2小時(shí)。最近出廠的10 kv電壓互感器對(duì)接地運(yùn)行時(shí)間未作具體的規(guī)定。根據(jù)電壓互感器制造標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“供中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)（60kv及以下）中使用的電壓互感器，應(yīng)能承受1.9倍額定電壓8小時(shí)而無損傷。該產(chǎn)品為大連互感器廠生產(chǎn)，型號(hào)為jdzj-10，在系統(tǒng)中廣泛運(yùn)用，產(chǎn)品應(yīng)不存在質(zhì)量問題。這就說明系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間處在非正常情況下運(yùn)行。 3、

3、電壓互感器概述3.1電壓互感器原理 按原理分為電磁感應(yīng)式和電容分壓式兩類。電磁感應(yīng)式電壓互感器其工作原理與變壓器相同，等值電路與變壓器的等值電路也相同，基本結(jié)構(gòu)也是由鐵心和一、二繞組組成。特點(diǎn)是容量很小且比較恒定，正常運(yùn)行時(shí)接近于空載狀態(tài)。由于電壓互感器本身的阻抗很小，因此一旦二次繞組發(fā)生短路，電流將急劇增長(zhǎng)而燒毀線圈。為此，電壓互感器的一次繞組接有熔斷器，二次繞組可靠接地，以免一、二次繞組絕緣損毀時(shí)，二次側(cè)出現(xiàn)對(duì)地高電位而造成人身和設(shè)備事故。對(duì)于測(cè)量用電壓互感器一般都做成單相雙線圈結(jié)構(gòu)，其一次繞組電壓為被測(cè)電壓（如電力系統(tǒng)的線電壓），可以單相使用，也可以用兩臺(tái)接成v-v形作三相使用。實(shí)驗(yàn)室用

4、的電壓互感器往往是一次繞組為多抽頭的，以適應(yīng)測(cè)量不同電壓的需要。供保護(hù)接地用電壓互感器還帶有一個(gè)第三線圈，稱三線圈電壓互感器。三相的第三線圈接成開口三角形，開口三角形的兩引出端與接地保護(hù)繼電器的電壓線圈聯(lián)接。正常運(yùn)行時(shí)，電力系統(tǒng)的三相電壓對(duì)稱，第三線圈上的三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之和為零。一旦發(fā)生單相接地時(shí)，中性點(diǎn)出現(xiàn)位移，開口三角的端子間就會(huì)出現(xiàn)零序電壓使繼電器動(dòng)作，從而對(duì)電力系統(tǒng)起保護(hù)作用。線圈出現(xiàn)零序電壓則相應(yīng)的鐵心中就會(huì)出現(xiàn)零序磁通。為此，這種三相電壓互感器采用旁軛式鐵心（10kv及以下時(shí)）或采用三臺(tái)單相電壓互感器。對(duì)于這種互感器，第三線圈的準(zhǔn)確度要求不高，但要求有一定的過勵(lì)磁特性（即當(dāng)一次繞組

5、電壓增加時(shí)，鐵心中的磁通密度也增加相應(yīng)倍數(shù)而不會(huì)損壞）。3.2相關(guān)技術(shù)規(guī)定 從上述中看出，在制造電壓互感器時(shí)，已考慮到系統(tǒng)接地時(shí)由于兩相電壓升高對(duì)電壓互感器的影響。10kv電壓互感器鐵芯磁通密度選擇：正常運(yùn)行時(shí)取70008000高斯，系統(tǒng)單相接地，未接地相電壓達(dá)到1.9倍額定電壓時(shí)，鐵芯磁通密度在1400016000高斯，還達(dá)不到鐵芯飽和程度，因此電壓互感器在系統(tǒng)接地時(shí)不致過載運(yùn)行。在運(yùn)行中曾出現(xiàn)過燒電壓互感器的事故，經(jīng)試驗(yàn)分析，有些廠出產(chǎn)的電壓互感器，在加上額定線電壓時(shí)（即相當(dāng)于系統(tǒng)接地時(shí)的情況），鐵芯已嚴(yán)重飽和，有載損耗增大很多，這是燒電壓互感器的主要原因。4、電壓互感器故障原因分析： 根

6、據(jù)故障現(xiàn)象，經(jīng)過初步判斷，估計(jì)是由于下述的幾個(gè)原因所致： 41產(chǎn)品質(zhì)量問題 如果由于產(chǎn)品本身絕緣、鐵心疊片及繞制工藝不過關(guān)等，均可能致使電壓互感器發(fā)熱過量使絕緣長(zhǎng)期處于高溫下運(yùn)行，從而導(dǎo)致絕緣加速老化，出現(xiàn)擊穿，使電壓互感器燒毀。 42電壓互感器二次過負(fù)荷 如果電壓互感器二次過負(fù)荷，會(huì)使二次側(cè)負(fù)載電流的總和超過額定值，造成電壓互感器內(nèi)部繞組發(fā)熱增加，尤其是在電壓高于額定電壓情況下，電壓互感器內(nèi)部發(fā)熱更加嚴(yán)重；再者，該系統(tǒng)屬于中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)，故一次側(cè)電壓在運(yùn)行中容易發(fā)生偏斜，當(dāng)某相出現(xiàn)高電壓時(shí)，該相電壓互感器更加容易發(fā)生熱膨脹爆裂。 43過電壓 如果電壓互感器承受高于額定值很高情況下，會(huì)直

7、接導(dǎo)致絕緣介質(zhì)受熱而汽化，體積急速膨脹，而干式電壓互感器內(nèi)部空間有限，當(dāng)壓強(qiáng)增加到一定程度時(shí)便發(fā)生爆裂。而過電壓可分為外部過電壓和內(nèi)部過電壓。外部過電壓主要是由于雷擊引起的。內(nèi)部過電壓通常包括操作過電壓和諧振過電壓。如當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)開關(guān)操作，電力系統(tǒng)將由一種穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一種穩(wěn)定狀態(tài)。在此轉(zhuǎn)化過程中由于電力系統(tǒng)內(nèi)部電磁能量的振蕩、互換及重新分布，就可能在某些設(shè)備上，甚至在整個(gè)電力系統(tǒng)中產(chǎn)生較大的過電壓。由于系統(tǒng)變化，使其參數(shù)滿足共振條件，則可能引起強(qiáng)烈的具有共振性質(zhì)的振蕩，并導(dǎo)致嚴(yán)重的過電壓。前者稱為操作過電壓，后者稱為諧振過電壓。 44本案例原因分析：根據(jù)上述的分析，結(jié)合該站實(shí)際運(yùn)行情況，分析結(jié)

8、果表明：首先不存在產(chǎn)品質(zhì)量問題，該互產(chǎn)品為大連互感器廠生產(chǎn)，型號(hào)為jdzj-10。從收集的資料上看，該廠產(chǎn)品業(yè)績(jī)良好，在電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用。其次通過對(duì)電壓互感器二次負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，各級(jí)均在額定容量范圍內(nèi)，懷疑由于二次過負(fù)荷導(dǎo)致?lián)p壞的理由也不成立。因此造成互感器燒毀的原因應(yīng)為過電壓，進(jìn)一步分析，當(dāng)時(shí)天氣陰雨，系統(tǒng)也無操作，由避雷器計(jì)數(shù)器（系統(tǒng)故障三次中最高電壓為：9.7 kv x1.73=16.8kv17kv低于避雷器額定電壓）未動(dòng)作可以得出，排除大氣過電壓和操作過電壓可能，此過電壓應(yīng)為諧振過電壓。由于當(dāng)時(shí)10kv系統(tǒng)多次發(fā)生接地故障，系統(tǒng)電氣參數(shù)發(fā)生變化，產(chǎn)生激磁涌流，導(dǎo)致電壓互感器鐵芯達(dá)到飽和程

9、度，引發(fā)鐵磁諧振。 鐵磁諧振過電壓的產(chǎn)生，電壓互感器的非線性鐵磁特性是產(chǎn)生鐵磁諧振的根本原因，正常運(yùn)行時(shí)電壓互感器的勵(lì)磁阻抗很大，網(wǎng)絡(luò)對(duì)地阻抗呈容性，三相基本平衡。但在某些擾動(dòng)下，如單相接地故障的發(fā)生和消失，或者是發(fā)生單相弧光接地，電壓互感器的三相鐵芯受到不同的激勵(lì)而呈現(xiàn)不同程度的飽和，各相感抗發(fā)生變化，由于線路電流持續(xù)增大，導(dǎo)致電壓互感器鐵芯逐漸磁飽和，其電感迅速減小，當(dāng)電感降到滿足l1/c時(shí)，即具備諧振條件，從而產(chǎn)生諧振過電壓。過電壓導(dǎo)致絕緣介質(zhì)受熱而汽化，體積急速膨脹，而干式電壓互感器內(nèi)部空間有限，當(dāng)壓強(qiáng)增加到一定程度時(shí)便發(fā)生絕緣物質(zhì)溶化，甚至爆裂。5、鐵磁諧振的消除辦法 根據(jù)以上分析鐵

10、磁諧振的特性，就不難找到加以解決的辦法。通常的解決辦法有： ）電壓互感器一次的中性點(diǎn)加裝消諧器。消諧器的作用：a、消除或阻尼pt非線性勵(lì)磁特性而引起的鐵磁諧振過電壓，這種諧振過電壓會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)相電壓不穩(wěn)定；b、能有效地抑制間隙性弧光接地時(shí)流過pt繞組的過電流，防止pt的燒毀；c、限制系統(tǒng)單相接地消失時(shí)在pt一次繞組回路中產(chǎn)生的涌流，這種涌流會(huì)損壞pt或使pt熔絲熔斷；d、當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地后可較長(zhǎng)時(shí)間保護(hù)pt免受損壞。）電壓互感器開口三角側(cè)接入阻尼繞組。 ）改善電磁式電壓互感器的激磁特性，或選用電容式電壓互感器。 ）加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)和檢修，提高設(shè)備承受過電壓的能力，減少單相接地事故的發(fā)生。 6、結(jié)束語 通過以上分析可以看出，鐵磁諧振過電壓對(duì)電壓互感器的絕緣威脅很大，切不可將電壓互感器的諧振僅僅