10kV电压互感器高压熔断器频繁熔断原因及解决方法浅析

李鹏杰

【摘 要】在小电流接地系统中，10kV电压互感器高压熔断器熔断的故障发生频率较高，而现在变电站运维模式大部分是无人值班或是少人值班模式，如果发生高压熔断器熔断故障时得不到及时处理，在电压消失或不平衡时可能会引起继电保护误动，导致故障的影响范围扩大。因此有必要对10kV电压互感器高压保险频繁熔断问题，进行准确分析判断，明确故障原因，寻求解决方法，采取及时有效的应对措施，确保变电站运行正常。

关键词：电压互感器;高压熔断器;铁磁谐振;

1 引言

电压互感器是电力系统中不可或缺的重要电气设备，在35kV及以下系统中电压互感器一般经隔离刀闸和高压熔断器接入母线，当电压互感器内部故障或与系统连接线路发生短路故障时，高压熔断器熔断，切断故障点或将电压互感器与故障源隔离，从而缩小故障范围，保护设备安全。在实际运行中，電压互感器高压熔断器熔断故障时有发生，通常在更换高压熔断器后系统即恢复正常，往往没有引起足够重视，进而对故障进行深入分析和采取针对性处理措施，致使后续仍可能发生熔断故障甚至频繁熔断情况，影响系统的安全稳定运行。

2 10kV电压互感器侧熔丝熔断原因分析

根据以往的运行经验，频繁发生10kV电压互感器高压熔断器熔断的原因主要是以下几种：（1）电压互感器内部或外部单相接地或者相间短路故障引起熔断器熔断;（2）因为低频饱和电流而引起电压互感器一次熔丝熔断;（3）因为铁磁谐振过电压而引起电压互感器一次侧熔丝熔断;（4）电压互感器X端绝缘水平与消谐器不匹配也易导致发生一次侧熔丝熔断;（5）天气异常雷云闪电时，电压互感器易发生多相高压熔丝熔断。

通过对变电站10kV电压互感器高压熔断器熔断前后的运行情况及设备状态进行分析，其实电压互感器本身故障或是绝缘下降以及误操作等原因是较为少见的，所以10kV电压互感器高压熔断器频繁熔断的原因是由于铁磁谐振过电压引起的电压互感器高压熔断器熔断。

3 电压互感器发生铁磁谐振的原因

正常情况下，电感和电容串联回路中，感抗要大于容抗，由于某种因素电感两端电压升高，使得电感铁芯保和，感抗减小，出现感抗和容抗相等，甚至感抗小于容抗，形成相位反转，此时就会引起铁磁谐振。铁磁谐振可以是基波谐振、高次谐振的形式，其表现形式可能是单相、两相或是三相对地电压升高，在电压互感器中产生过电流，硬气熔断器熔断或是电压互感器烧毁。

正常情况下：ωL>1/（ωC）            其中：L—电感线圈的电抗，C—电容电抗

当铁芯两端电压升高时：ωL=1/（ωC），甚至于：ωL<1（ωC）

通常情况下，与容抗相比，若电网感抗的数值较大，轻易不会产生铁磁谐振现象。若受开关突然合闸或者弧光接地的影响，则会对电网稳定运行造成冲击，使得感抗降低，产生谐振。

4 电压互感器铁磁谐振的消除方法

4.1 改选具有性能优势的电压互感器元件

电力系统中所出现的谐振现象，主要表现为单相接地及空母线突然合闸等结构环境，大部分励磁性能较差的电压互感器设备，在发生谐振环境的电路中，会首先呈现出铁芯工作点变化的趋势，并快速进入到饱和区，此时如果系统内部的参数相当，就会发生大规模谐振。为了能够改变电力系统环境，提高电压互感器的应对能力，需要针对电压互感器的励磁性能进行调整。励磁性能较高的电压互感器能够在电力系统中对励磁电感进行抑制，从而实现对于谐振过程中所产生电压的控制。对于励磁性能不佳的电压互感器设备，可以更换为电容式电压互感器，以此来提高其励磁特性，防范铁磁谐振事故的发生。

4.2 设定高压侧接地方式

在电力系统内部，单相接地需要经过接地开始和接地消失两个过程，其中系统接地的开始需要经由与地面联通的方式，保证未完成接地的两相电源電路形成通道，而在接地完成后，整个电力系统的充放电过程，电路无法通过电压互感器内部的高压绕组实现流通。因此，这种接地方式就能够有效避免电压互感器的铁磁谐振问题。通过重新设定高压侧接地方式，可以引导中性点经电阻完成接地，从而实现对于谐振产生条件的抑制。在接地消失后，原有的金属通道将不复存在，电流的流通则无法借助原有的流通途径完成，此时电流会直接进入到电压互感器的高压绕组中，受电的高压绕组内部，会依据三相储电电荷进行放电，此时高压绕组会作为直流源直接与电感线圈进行连接，并发生作用。电压互感器铁芯则会出现深度饱和。这种情况下，其所形成的接地相环境，等同于变压器空载下的突然合闸，并出现了暂态涌流的叠加。为了对其加以处理，可以尝试在高压侧中性点位置安装RO电阻器，借助电阻器实现对于电压互感器产生的电压的分担，避免谐振的产生。

4.3 装设消弧线圈

电力系统中，针对出现的谐振及电压互感器铁磁谐振影响问题，通常可以采用加装消弧线圈装置来实现抑制。系统内部的中性点通过加装消弧线圈装置的方式，可以实现系统内部电感并联，并作用于每一相励磁电感中，同时，消弧线圈设备本身的电感值相比PT励磁电感为低，因此PT等效下所出现的零序电感短路现象，可以实现在源头遏制谐振的产生。在实际应用当中，更多的是采用补偿法进行消弧线圈的安装，这是由于消弧线圈本身具有较大的电感，在生产环节当中比较复杂，而电感还会造成对于电力系统自身的影响。不过必须强调的是，消弧线圈装置只适用于10kV电力系统，对于35kV以上的电力系统来说，消弧线圈装置的安装不但不会起到饱和庇振效果，甚至还会造成对于回路的破坏，需要选择其他控制方式。

4.4 电流互感器高压侧中性点接非线性消谐电阻接地

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，从消谐角度来说，消谐电阻越大，分担的电压就越高，电压互感器铁芯越不容易饱和，可以有效地阻止铁磁谐振的发生。但是电阻过大，电压互感器开口三角输出电压就相应降低，影响继电保护装置动作的灵敏性。消谐电阻采用非线性电阻，在电网正常运行时，电阻电压不高，呈高阻值，防止铁磁谐振的发生，而在单相接地时，电阻上电压升高呈低阻值，增大开口三角输出电压值，不至于影响继电保护装置的灵敏度和测量的准确性。

4.5减少同一网络中并联电压互感器台数

同一电网中，并联运行的电压互感器台数越多，总的伏安特性会变得越差，总体等值感抗也越小，如电网中电容电流越大，则容易发生铁磁谐振。所以变电所母线并联运行时，只需投入一台作绝缘监视用，其余退出。若不能退出时，可将其高压侧接地的中性点断开。用户变电所的电压互感器中性点应不接地，只作为测量仪表和保护用。

5 结语

总而言之，电压互感器是变电站设备的重要组部分，其运行安全直接影响着变电站功能的有效发挥。而电压互感器熔断器熔断频繁由是运行人员比较常见的故障之一，通过分析我们可以知道引起电压互感器熔断器频繁熔断的原因主要是系统产生铁磁谐振，一旦产生铁磁谐振，会导致电压和电流在瞬间急速升高，对电网的安全运行形成了挑战。因此，应注重改选具有性能优势的电压互感器元件，合理设定高压侧接地方式，装设消弧线圈，减少并联电压互感器台数，从根源上防范铁磁谐振的产生。

参考文献

[1] 张全元.变电运行现场技术问答（第三版）.北京：中国电力出版社，2009.

[2] 苏冬和.电压互感器高压熔断器频繁熔断的原因[J].农村电气化，2016（7）.

[3] 陈杰，李守棋.电压互感器铁磁谐振解决方案[J].农村电工，2017.