冯汉扩，吴 玮，唐 亮

（河北丰宁抽水蓄能有限公司，河北 丰宁 068350)

0 引 言

电压互感器由高低压线圈、绝缘体等构成，主要为保护计量设备提供电压信号[1]。当系统电压电流频率发生变化使得互感器感性线圈与线路对地电容满足谐振条件时，互感器发生谐振，一次侧线圈电流增大，容易造成一次侧熔断器烧断甚至烧毁互感器。10 kV系统多采用中性点不接地方式。当线路发生短时单相接地时，非故障相由于电压变化，电容电流只能通过互感器中性点流入大地，同样会造成互感器的烧毁。本文对电站配电室主进线柜PT两次裂纹故障原因如谐振、互感器质量、二次接线错误以及二次消谐装置配合或故障进行一一分析，以期为后期改进措施提供依据。

1 系统概况

营区10 kV配电室由下游一35 kV施工变电站进行供电，同时该变电站通过5条10 kV线路分别为上库、厂房、下库及一些加工厂进行施工供电。5条线路全部为架空线路，线路杆塔大部分架设在山区。营地配电室分为两期，10 kV供电线接入一期1#主进线柜，二期通过3#主进线柜接入一期10 kV母线出线柜，见图1。发生裂纹故障的电压互感器安装在二期营地配电室的3#主进线柜内，其互感器型号为JDZX9-10NG。两期配电室通过降压变压器主要为营区办公、照明及电锅炉供电。

图1 两期配电室母线接线图

2 故障经过

2019年4月21日，巡视人员发现二期营地配电室主10 kV主进线柜显示C相电压为0，A、B两相电压正常，母线PT柜显示三相电压正常，判断故障原因为电压互感器C相熔断器熔断。停电更换C相一次侧熔断器，送电后三相电压显示正常。随后C相熔断器再次熔断，将主进线柜电压互感器拉出后检查，三相电压互感器外表出现了贯穿性裂纹，裂纹宽度约0.5 mm。根据故障报警记录初步判断，由于谐振过流热膨胀使得互感器胀裂。更换新互感器后，于2019年5月12日该部位互感器再次出现贯穿性裂纹。

3 原因分析

3.1 谐振原因

根据调查显示，中压盘柜内的电压互感器（PT）多数采用电磁式互感器。该型式电压互感器的非线性特性是，当电压互感器自身的感抗和系统对地电容达到谐振点附近时，如系统开关频繁操作或受雷击等外界冲击，互感器电感与系统电容会在很大范围内发生铁磁谐振。谐振时电路中电压U和电流I会发生跃变[2]。若母线和导线对地电容很小，能形成3倍或更高的谐振过电压；若系统对地电容较高，则会出现工频谐振；当母线和导线对地电容非常大（电缆线路较多）时，可产生分频谐振。在故障发生前，两期配电室二次消谐装置报警记录见表1。谐振过电压幅值较高，由于互感器线圈感抗降低，导致互感器内部很快达到饱和状态，励磁线圈电流可升至额定值的数10倍，并导致相对地电压以低频摆动或增大。电压互感器长期在高电压、大电流状态下多次发生过电流时，本体在高温下加速绝缘老化甚至引起爆裂击穿。

表1 消谐报警记录

3.2 二次侧接线错误

在正确接线状态下，监测电压互感器的不平衡电压的端子da、dn分别接“地端”“检测端”。正常运行时，两端之间存在0.2～3.0 V的不平衡电压，如图2所示。若二期配电室10 kV母线电压互感器三角检测端子da2、dn2在端子排处接反，即da2端子经过端子排连接至一期配电室10 kV母线电压互感器二次侧dn1端子后接地，造成二期配电室电压互感器的不平衡电压检测绕组端子da2、dn2均接地，相当于da2、dn2之间短路后接地，如图3所示。在系统无接地故障时，检测端不平衡电压一般保持在0.2～3.0 V，不会产生大电流。当系统短路或接地故障时，由于开口三角端子均已接地，二次阻抗很小，因此会在二次端产生非常大的短路电流。同时，一次侧电流增至数倍，电压互感器内部铁芯及绕组会产生很大热量，使得电压互感器膨胀爆裂。如果仅有一处PT二次接线错误，其余互感器的二次接线无误，每次故障时仅此一处会产生短路而爆裂。

3.3 产品质量原因

经调查，产品质量也是引起电压互感器损毁故障的一大原因[3]。电压互感器本体在制造时，由于铁芯叠片、绕组绝缘或浇铸时工艺质量不达标，使得互感器励磁特性不佳或本体绝缘内部放电，造成互感器谐振发热过量、绝缘由于过热而过快老化而产生恶性循环。当中压系统采用不接地系统方式时，一次侧若电压发生偏移，特别是在互感器电压过高且负荷过大的情况下，会导致该相下的电压互感器发热过大，使得互感器一次侧绝缘烧毁甚至匝间短路。

图2 开口三角端子正确接线图

图3 开口三角端子错误接线图

3.4 微机消谐装置原因

一二期微机消谐装置的型号分别为KSX196、HSWTB，谐振动作电压见表2。由表2数据可知，二期装置的动作电压整体要高于一期，尤其在基频与三倍频段，二期消谐装置为了避开接地故障的100 V电压，将基频、三倍频动作电压设为110 V，在这两个频段二期要高于一期的动作值近80 V。当线路发生短时接地或弧光接地时，二期消谐装置可能不会动作，多次通过较大电流造成PT绝缘加速老化甚至胀裂，而且线路在山区，雷雨、大风天气较多，短时接地及弧光放电时有发生，而二次消谐装置无法有效保护，电压互感器在多次对地放电后易造成本体故障。

表2 两期消谐装置动作电压

3.5 故障原因分析总结

表1报警记录显示在故障前两期配电室都有低频、工频谐振报警，且报警时间相差不大，可以排除装置误报可能，且两次故障前都有雷雨天气，因此基本可以确定线路故障或外部冲击造成互感器谐振。在检查二次接线无误后，可以排除二次接线错误原因。将二期配电室内PT柜与主进线柜二次消谐装置对调，并将主进线柜PT退出运行，PT柜内互感器在发生多次谐振报警情况下未出线裂纹，因此互感器可能存在质量问题，后期需进一步拆解检查。两期配电室二次消谐装置型号不同，而且关键参数相差较大，多次谐振后使得二期互感器成为系统放电的薄弱点，或者核心元件故障都会造成互感器裂纹或烧毁故障。通过上述分析可知，造成互感器裂纹故障是多种因素造成的。

4 采取措施的建议

4.1 线路排查

根据目前收集的相关信息，基本可以确定线路故障、雷击等问题是造成谐振的根本原因[4]。因此，应加强线路巡视与施工用电的管理，清理靠近线路的树障，及时发现并消除线路故障隐患，减少互感器谐振的次数，从根本上降低互感器故障的概率。在未确定互感器故障是由于二次消谐装置还是互感器质量问题的情况下，还需采取一定的防护措施防止互感器裂纹故障再次发生。

4.2 安装一次消谐

一次消谐器在功能上相当于非线性电阻，将消谐电阻串联在地与系统互感器一次侧中性点中的某一点。在未发生故障时，消谐电阻电压不会超过500 V，消谐器为高电阻值状态，谐振故障不易发生。当电网发生单相接地故障时，消谐电阻承受电压较高并为低阻值状态。当发生电网弧光接地故障时，其自身仍能保持一定的阻值，因此可以防止互感器涌流发生。该装置具有消除电压互感器饱和谐振和限制涌流两种功能。一二期配电室未安装一次消谐装置，而35 kV变电站的10 kV出线柜及PT柜配置了LQX一次消谐装置，且变电站的PT及熔断器自安装以来从未发生过故障。因此，在互感器一次侧中性点加装消谐装置是一种可行方案。鉴于一次消谐装置的唯一性，即消谐电阻仅对所连互感器有消谐功能，所以一期二期配电室都需要安装一次消谐装置。

4.3 四PT法

应用四PT消谐时，电压互感器（PT）一次绕组中串联一电压互感器后接地。当有单相或弧光接地时，这4个PT都能保持在规定的相电压附近，从而通过这种接线方式减小PT一次侧的电流。当发生接地故障时，PT中性点对地为相电压，而三相PT仍处于正序对称电压之下，PT线圈电感不不会发生大范围改变，因此PT各相线圈可以在相电压附近，不会产生并联接地电容状态，因此不会发生谐振现象。同时，四PT接线方式中因为零序电压互感器的高电阻和高电抗，会使得当中性点经零序电压互感器接地后抑制超低频振荡电流幅值而减少危害[5]。虽然四PT方法不仅能解决互感器谐振问题，还能抑制低频振荡电流，效果最好，但是由于柜子内空间有限，加装PT方案无法进行。

5 结 论

确认线路故障或参数的突然改变是造成互感器谐振的根本原因，需要通过加强线路巡视及施工用电的管理减少谐振次数，从根源上降低电压互感器裂纹故障的概率；并联电压互感器的二次消谐装置最好采用同一型号设备，防止因参数设置不当造成消谐装置未能正确动作而造成互感器故障；在未确定是互感器质量或二次消谐装置原因且柜内空间受限的情况下，安装一次消谐电阻是防止互感器再次因谐振或低频振荡而造成损毁的最佳方案。