（四川中电福溪电力开发有限公司）
摘要：在电力系统中，电压互感器（PT）是一、二次系统的联络元件，它能正确地反映电气设备的正常运行和故障情况。四川中电福溪电力开发有限公司江边取水线路10kV系统为中性点不接地系统，电压互感器发生炸裂的情况已出现两次，本文对该10kV线路PT爆炸原因进行分析，针对各种可能原因的解决措施进行探讨，并提出改进措施。
关键词：PT；谐振；低频振荡
一、事故过程
2013年6月23日，#1江边取水升压变10kV侧A相PT爆炸。2014年4月2日，此线路的此相PT再一次发生爆炸。第二次事故具体细节如下：
2014年4月2日20时21分，#1江边取水升压变变压器室一声巨响，6kV江边取水A段母线失电，运行的#2江边取水泵跳闸，#1江边取水降压变高、低压侧开关101QS2、61QS2合闸状态，#1江边取水升压变10kV侧开关101QS1故障跳闸，6kV开关61QS1合闸状态，线路电流瞬间由47A涨至241A。检查发现：#1江边取水升压变10kV侧A相PT本体爆炸，内部绝缘物质喷出，三相避雷器瓷瓶、三相刀闸101QS1a、开关101QS1套管及连接母牌均有放电冲击痕迹。
爆炸后的PT如下图：
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二、设备基本情况
6kV江边取水A、B段母线分段运行，6kV江边取水母线联络开关612QS0在断开位，#2江边取水泵接于6kV江边取水A段，当时正在运行向厂内补水。电气一次接线图如下：
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#1江边取水升压变10kV侧PT型号：JDZW2-10R，三支全绝缘，固定安装，0.5 6P级，额定一次电压10/√3kV，额定二次电压Ia-Ib 0.1/√3kV，50/100VA，×××互感器有限责任公司生产。江边取水升压变10kV侧PT接线基本原理图如下：
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三、故障原因分析
1、经查找资料并进行综合分析，由于以下原因可能导致PT爆炸：
1）产品质量差：由于产品本身绝缘、铁芯叠片及绕制工艺不过关等，可能导致PT发热过量，由于长期处于高温下运行，从而导致绝缘加速老化，出现击穿。该类型的PT一次侧绕组发生匝间短路，这样电流会迅速增大，铁磁也将迅速饱和从而导致谐振过电压，使绝缘击穿。
2）PT二次侧负荷偏重：PT二次侧负荷偏重，一、二次侧电流较大，使二次侧负载电流的总和超过额定值，造成PT内部绕组发热增加，尤其是在电压高于PT额定电压情况下，PT内部发热更加严重。由于该系统属于中性点不接地系统，故一次侧电压在运行中容易发生偏斜，当某相出现高电压时，该相PT更加容易发生热膨胀爆裂。
3）铁磁谐振而造成PT被击穿：在中性点不接地系统中，由于线路单相接地短路、线路断线、操作空母线等原因，使电路中电流和电压发生突变，可能导致电压互感器铁芯迅速饱和，使其感抗减小，并与线路对地电容的容抗相等所致。当出现铁磁谐振时，将产生高于额定值几倍甚至几十倍的过电压和过电流，会导致电压互感器高压绕组烧损；同时，在导线对地电容较大的系统中，其暂态过程往往容易产生超低频振荡过电流，会导致电压互感器爆炸。
根据上述原因分析，对我厂江边取水升压变10kV侧A相PT爆炸进行分析、研究，结果表明：（1）不存在产品质量问题，原因是该电压互感器应用较广泛，该厂产品的业绩是良好的。（2）怀疑电压互感器二次负荷偏重导致PT损坏的理由也不成立，原因是该0.5 6P级二次绕组额定容量为100VA，测量了PT二次侧星形接线负荷（在二次接线回路上施加100V的三相交流电源），PT输出总容量均小于100VA。通过实际测量结果得出：按照PT的容量为一个数列，一般50VA就能满足使用，100VA的容量是足够大的。因此，产生PT损坏原因应该为铁磁谐振和超低频振荡所致。
四、解决措施
1、铁磁谐振具有以下几个特点：
1）对于铁磁谐振电路，在相同的电源电势作用下回路可能不只一种稳定的工作状态。电路到底稳定在哪种工作状态要看外界冲击引起的过渡过程的情况。
2）PT的非线性铁磁特性是产生铁磁谐振的根本原因，但铁磁元件的饱和效应本身也限制了过电压的幅值。此外回路损耗也使谐振过电压受到阻尼和限制。当回路电阻大于一定的数值时，就不会出现强烈的铁磁谐振过电压。
3）对串联谐振电路来说，产生铁磁谐振过电压的的必要条件是ω0=1／L0C＜ω。因此铁磁谐振可在很大的范围内发生。
4）维持谐振振荡和抵偿回路电阻损耗的能量均由工频电源供给。为使工频能量转化为其它谐振频率的能量，其转化过程必须是周期性且有节律的，即…1/2（1，2，3…）倍频率的谐振。5）铁磁谐振对PT的损坏。铁磁谐振（分频）一般应具备如下三个条件。①铁磁式电压互感器（PT）的非线性效应是产生铁磁谐振的主要原因。②PT感抗为容抗的100倍以内，即参数匹配在谐振范围。③要有激发条件，如PT突然合闸、单相接地突然消失、外界对系统的干扰或系统操作产生的过电压等。据试验分频谐振的电流为正常电流的240倍以上，工频谐振电流为正常电流的40～60倍左右，高频谐振电流更小。在这些谐振中，分频谐振的破坏最大，如果PT的绝缘良好，工频和高频一般不会危及设备的安全，而10kV系统存在上述条件。
2、消除铁磁谐振的措施一般有以下三种：1）改变参数，消除谐振产生的条件。
2）谐振发生后接阻尼电阻，增大回路阻尼效应，抑制谐振。
3）改变电压互感器接线方式，使互感器的电感在激发条件下不改变，不具谐振发生条件。
3、低频振荡电流特点：频率很低，幅值大。当系统接地故障消逝后，健全相积累的电荷必须经电压互感器（其中性点接地）对地放电，使电压恢复到正常的电压下，理论分析表明，这个暂态过程所产生的电流比正常电流大很多倍，可导致高压熔断器熔断。
4、消除低频振荡电流的措施：改变电压互感器接线方式，当中性点经零序电压互感器接地后，由于零序电压互感器的电阻和高电抗，使超低频振荡电流幅值得到有效的抑制。
因此，为有效消除中性点不接地运行方式可能引起的铁磁谐振和超低频振荡电流的发生，根据我厂实际情况，吸取其他同类型事故解决经验，将江边取水线路10kV PT接线方式进行改进与优化。改进与优化涉及两方面内容：
a.接线方式的改进，即将主PT的二次开口角回路与零序PT的一个补偿绕组串联后接电压继电器。
b.零序电压互感器区别于主PT的参数设计，增大了直流电阻与交流励磁阻抗。
优化后的PT接线基本原理图如下：
五、结论
针对江边取水线路PT爆炸事故，对PT接线方式进行了改进与优化，取得效果显著。
改进后，零序测量回路是三相PT（主PT）的开口三角与零序PT的一个测量绕组按正极性串联的，它包含了三相PT的少部分零序电压，测量要比原来精确，同时由于零序回路不是短接的，避免了因电容放电电流使开口角绕组热容量不够而烧坏的隐患，同时，通过改变零序电压互感器的参数设计，增大了直流电阻与交流励磁阻抗，其热容量得到增大，这样可以有效的抑制超低频振荡过电流导致的零序电压互感器烧坏，因此改进与优化后消除了铁磁谐振和抑制了超低频振荡事故的发生，设备运行状况良好。
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论文作者:程勇
论文发表刊物:《电力设备》第03期供稿
论文发表时间:2015/11/2
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