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1、2013年新疆电力行业专业技术监督工作会议论文10kV电压互感器高压保险熔断的深入分析新疆电力公司昌吉电业局 赵海岭、王莉、杨菊 摘 要近年来，电压互感器高压保险熔断的现象较多，对这种现象的分析也是众说纷纭。2012年10月14日晚19时15分，110kV呼图壁变电站10kVI母电压互感器保险熔断，同时电压互感器有冒烟现象。为避免类似事件再次发生，对电压互感器高压保险熔断现象进行深入研究很有必要。本文将从这起异常事故着手，通过理论分析、数据计算以及实际故障录波的数据分析，详细分析造成保险熔断的根本原因。最后提出了若干条可行性防范措施。关键词高压保险；熔断；接地；铁磁谐振；电容电流前言在中性点不
2、接地系统中为了监视绝缘(三相对地电压)，变电站母线上常接有Yn接线的TV。系统单相接地故障消失会引发TV 饱和从而产生铁磁谐振现象 在线路电感电容参数配合下可产生基频谐振、分频谐振和高频谐振。谐振时产生的过电压和过电流将会引起TV爆炸和停电事故 不仅影响供电可靠性而且会引起主设备损坏，严重威胁电网的安全稳定运行。2012年10月14日晚19时15分，接检修工区通知，110kV呼图壁变电站10kVI母电压互感器保险熔断，同时电压互感器有冒烟现象，需要进行处理。检修工区迅速派试验班、保护一班、检修一班赶往现场检查处理。到达现场询问现场值班员，10kVI母电压互感器三相保险发生爆炸， 10kVI母电
3、压互感器有烟。在处理过程中，发现电压互感器外观良好，电压互感器绝缘电阻试验、交流耐压试验、直流电阻测试试验也均在规程允许的范围内，试验数据合格。从故障录波数据上可以看出，异常发生时10kVI母电压互感器的A相电压偏低，分析得出是因为线路发生单相接地故障，致使电压互感器发生铁磁谐振，铁芯饱和，电压互感器的感抗下降，励磁电流增大，导致高压保险熔断。这从故障录波数据中10kVI母三相电压全部趋于零的波形是一致的。1 原因分析在分析铁磁谐振现象之前，首先对铁磁元件的非线性作介绍。如图l所示，当电流较小时磁链与电流的关系呈线性电感值L=/基本保持不变且其值较小。随着电流的增加，铁心开始饱和，磁链与电流的
4、关系呈非线性，电感值随着电流(磁链)的增大而减小。图1 铁芯元件的非线性特性1.1 单相基波铁磁谐振的基本原理电压互感器引起的铁磁谐振属于三相谐振，虽比单相铁磁谐振复杂得多，但是有很多共同点，可以通过研究单相铁磁谐振的特点进而理解三相铁磁谐振。图2为简单的串联铁磁谐振回路，铁芯未饱和时，回路参数满足的条件，则回路的自振角频率。低于电源角频率,不会发生谐振：随着线圈中电流的增加，铁芯开始饱和，电感值下降，使回路自振角频率。上升到接近或等于电源角频率，满足了串联谐振的条件。图2 串联铁磁谐振回路由故障录波图与试验数据分析如下：在故障发生后一段时间，10kVI母电压迅速下降，电压互感器二次侧有效值仅
5、为17.03V，正常时应该是59V左右，且中性点电压变为71.39V，正常时应该是0V。这是因为线路上有单相接地现象，造成中性点电压由0V变为71.39V。非故障相B、C相电压较正常有所升高。在此期间，有高次谐波产生，故障发生与消失的瞬间，电压互感器的励磁电抗与对地电容会发生谐振，当电压互感器的谐振频率与监测到的谐波的频率一致时，就会发生铁磁谐振，在此谐振频率下，会使得电压较正常时大很多，铁芯饱和，饱和后的电压互感器感抗降低，励磁电流增大，当达到熔断器的额定电流时，就会发生保险熔断。以上分析从故障录波图也可以得到验证。以下详细阐述谐波与电压互感器本身发生铁磁谐振致使电压升高，电流增大的情况。下
6、图3为10kVI母电压互感器的电气接线图，在其正常运行时励磁阻抗较大，系统对地阻抗呈现容性，使得三相电压基本平衡，中性点的位移电压较小，带有铁芯的电感元件会发生磁饱和。由录波数据看出，2012年10月14日，18：44：52.439时刻，110kV呼图壁变电站10kVI母A相电压明显偏低，这说明10kVI母或线路有接地故障，并出现包含多次谐波，致使电压互感器出现铁磁谐振，电压互感器谐振回路中没有固定的谐振频率，所以基频、分频与高频都有可能产生铁磁谐振，电压互感器的感抗降低，励磁电流增大，使得电压互感器的保险熔断。下面对电压互感器的分频及高频谐振如何使保险熔断给予详细阐释。 分频谐振情况由图3电
7、压互感器的电气接线图，电压互感器的二次绕组为开口三角形接线，正常运行时： 当线路出现接地使得系统出现低频谐振时，电压的波性中含有次谐波分量，以b相为参考向量，开口三角形的电压为： = = = =当发生次谐波谐振时，在电压互感器二次侧开口三角形处的电压是相电压中谐波分量的2倍，这个分量足够大时，就会使开口三角形的电压继电器动作，造成单相接地的假象，由于电压互感器的感抗显著下降，励磁电流急剧增大，最大时可以达到额定值的数十倍，造成上述的保险熔断。 高频谐振情况当电压互感器出现三次谐波时，以B相为参考相量，电压互感器开口三角形处的电压为：=在有三次谐波时，在电压互感器的二次侧开口三角形所表现的电压为
8、相电压三次谐波分量的三倍，当此数值大到一定程度时，就会在开口三角形处的电压继电器动作，由于电压互感器的感抗显著下降，励磁电流急剧增大，最大时可以达到额定值的数十倍，造成上述的保险熔断。正常运行时，电压互感器的三相A、B、C三相负荷几乎平衡，三相的励磁电感几乎也相等，电压互感器中性点接地，电位为零。这从故障录波图可以看出，当线路出线单相接地时，会造成B、C相对地3电压升高，升高相的电压互感器的等值励磁电感突然降低，励磁电流增大，从而三相对地负荷不平衡，当三相的并联零序电抗与3回路参数满足谐振条件时，就会发生谐振现象，铁芯饱和，感抗下降，造成高压保险电流增大，最终致使保险熔断。图3 10kV电压互
9、感器电气接线图2 防范措施 在零序回路加阻尼电阻，即在一次绕组中性点处加装消谐器或加装一定阻值的电阻。加装消谐器可以去除谐波，破坏铁磁谐振发生的条件；加装一定阻值的电阻可以改变系统参数，达到抑制谐波发生的目的，同时也可以承担故障发生时刻中性点的过高的电压降落到电阻上，避免了铁芯饱和，限制铁磁谐振过电压的发生。 选用励磁特性较好的电压互感器或使用电容式电压互感器。由前面的分析可以看出，故障时候的扰动能够使电压互感器发生铁芯饱和，采用励磁性能好的电压互感器能够可以在一定程度上减少铁芯过电压的可能。3 结束语由于以上各种方法都有自己的使用范围，因此实际运行中可能需要几种方法结合起来才能彻底抑制谐振的发生。对于呼图壁变电站10kV I母电压互感器二次回路来说已经加装了消谐装置，但是高压保险还是熔断，因此建议加装一定的电阻来改变系统参数限制谐振的发生，或者在电压互感器一次绕组中性点加装消谐器来抑制谐振的发生。
