电压互感器熔丝熔断的原因

电压互感器熔丝熔断的原因刘守彬江苏南京信息职业技术学院（210046）摘要：论述了中性点不接地系统中电压互感器一次侧熔丝，熔断的各种原因和处理方法，重点阐明了安装在电压互感器一次绕组中性点的消谐电阻不能限制电压互感器入口电容冲击电流的原理。关键词：雷击；不接地系统；电压互感器；消谐器中图分类号：TM451文献标志码：A文章编号：1003-0867(2005)03-0026-021铁磁谐振过电压可引起电压互感器一次侧熔丝熔断1.1铁磁谐振产生的原理在中性点不接地系统中，正常运行时，由于三相对称，电压互感器的励磁阻抗很大，大于系统对地电容，即XLXC，两者并联后为一等值电容，系统网络的对地阻抗呈现容性，电网中性点的位移基本接近于零。但会对系统产生扰动，如：①单相接地，使健全相的电压突然升高，电压升至线电压；②单相弧光接地，由于雷击或其他原因，线路瞬时接地，使健全相电压突然上升，产生很大的涌流；③当电压互感器突然合闸时，其一相或两相绕组内出现巨大的涌流；④电压互感器的高压熔丝不对称故障等。总之，系统的某些干扰都可使电压互感器三相铁心出现不同程度的饱和，系统中性点就有较大的位移，位移电压可以是工频，也可以是谐波频率(分频、高频)，饱和后的电压互感器励磁电感变小，系统网络对地阻抗趋于感性，此时若系统网络的对地电感与对地电容相匹配，就形成三相或单相共振回路，可激发各种铁磁谐振过电压。1.2铁磁谐振过电压的危害及现象工频和高频铁磁谐振过电压的幅值一般较高，可达额定值的3倍以上，起始暂态过程中的电压幅值可能更高，危及电气设备的绝缘结构。工频谐振过电压可导致三相对地电压同时升高，或引起虚幻接地现象。分频铁磁谐振可导致相电压低频摆动，励磁感抗成倍下降，过电压并不高，一般在2倍额定值以下，但感抗下降会使励磁回路严重饱和，励磁电流急剧加大，电流大大超过额定值，导致铁心剧烈振动，使电压互感器一次侧熔丝过热烧毁。电网发生铁磁谐振过电压较明显的现象为系统有接地信号，电压表计指针不停地摆动，电气设备有较强烈的电晕声。1.3防止铁磁谐振的措施在电力系统中，消除铁磁谐振的措施主要有以下几种方法：①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；②增大对地电容，破坏谐振条件；③在零序回路加阻尼电阻，即在一次绕组中性点或开口三角绕组处加装消谐器或非线性电阻。1.410kV电压互感器一次熔丝熔断并非铁磁谐振引起根据以上铁磁谐振产生的原理和现象分析，通过安康变电站现场检查和试验发现：①变电站(无人值班)遥信库中未发现有母线接地信号；②产生谐振过电压的一个必要条件是一次绕组中性点必须直接接地，而安康变电站10kV电压互感器一次绕组中性点装有性能良好的消谐器，消谐器全部项目试验合格，电压互感器铁磁谐振零序过电压的大部分电压降落在消谐器上，从而避免了铁心饱和，限制了铁磁谐振过电压的发生；③现场检查电压互感器空载励磁特性良好，满足空载电流不大于额定电压下的空载电流的10倍，且相差不大于50%的标准；④检查三相电压互感器绝缘良好，未受到严重过电压的冲击。由此可见，尽管在雷雨天气，安康变电站10kV系统有可能受到来自雷击造成的某些干扰的激发条件，但电压互感器一次熔丝熔断并非谐振引起。2低频饱和电流可引起电压互感器一次熔丝熔断在中性点不接地电网中，电磁式电压互感器高压熔丝熔断，并不一定都是由铁磁谐振过电压引起的。当电网对地电容较大，而电网间歇弧光接地或接地消失时，健全相对地电容中贮存的电荷将重新分配，它将通过中性点接地的电压互感器一次绕组形成电回路，构成低频振荡电压分量，促使电压互感器处于饱和状态，形成低频饱和电流。它在单相接地消失后1/4～1/2工频周期内出现，电流幅值可远大于分频谐振电流(分频谐振电流约为额定励磁电流的百倍以上)，频率约2~5Hz。由于具有幅值高、作用时间短的特点，在单相接地消失后的半个周期即可熔断熔丝。2.1产生低频饱和电流的原理当系统发生单相接地时，故障点会流过电容电流，未接地相的电压升高到线电压，其对地电容上充以与线电压相应的电荷。在接地故障期间，此电荷产生的电容电流以接地点为通路，在电源-导线-大地间流通。由于电压互感器的励磁阻抗很大，其中流过的电流很小，一旦接地故障消失，电流通路则被切断，而非接地相必须由线电压瞬间恢复到正常相电压水平。但是，由于接地故障已断开，非接地相在接地期间已经充电至线电压下的电荷，就只有通过高压绕组，经原来接地的中性点进人大地。在这一瞬变过程中，高压绕组中将会流过一个幅值很高的低频饱和电流，使铁心严重饱和。实际上，由于接地电弧熄灭的时刻不同，即初始相位角不同，故障的切除不一定都在非接地相电压达最大值这一严重情况下发生。因此，不一定每次单相接地故障消失时，都会在高压绕组中产生大的涌流。而且低频饱和电流的大小，还与电压互感器伏安特性有很大关系，铁心越容易饱和，该饱和电流就越大，高压熔丝就越易熔断。2.2抑制低频饱和电流的方法采用电压互感器中性点装设非线性电阻或消谐器的方法可抑制低频饱和电流。在上述情况下，若在高压绕组中性点接人一个足够大的接地电阻R，在单相故障消失时，低频饱和电流经过该电阻后进人大地，由于大部分压降加在电阻上，从而大大抑制了低频饱和电流，使高压熔丝不易熔断。同时由于在零序电压回路串联的这个电阻，使电压互感器铁磁谐振过电压的大部分电压降落在电阻上，从而避免了铁心饱和，限制了铁磁谐振过电压的发生。考虑到在电网正常运行时的中性点零序电流较小，和单相接地时满足电压互感器开口三角形电压的灵敏度，中性点电阻应为满足一定特性要求的非线性电阻或消谐器。安装在二次侧的电子消谐器不能限制低频饱和电流，当涌流发生时，它会将二次开口三角短路，这反而会增大涌流幅值。2.3安康变电站10kV电压互感器一次熔丝熔断非低频饱和电流引起安康变电站10kV电压互感器一次熔丝熔断，因此中性点安装了消谐器，其电阻元件是用经高温氢气炉焙烧而成的非线性电阻串并联而成。电网正常运行时此消谐器电阻值大于450kW(取0.3mA峰值零序电流试验)，单相接地时电阻值大于180kW(取3mA峰值零序电流试验)，为的以抑制低频饱和电流。3电压互感器一、二次绕组绝缘降低或消谐器绝缘下降可引起熔丝熔断3.1电压互感器的辅助绕组开口三角两端的线路中，存在两点接地的错误接线，易引起一次熔丝熔断若在变电站安装过程中，发生辅助绕组开口三角两端的线路两点接地的错误接线，即对电压互感器开口三角两端aD点及xD点，在电压互感器柜已将xD端接地，开口两端出线引到其他保护柜后，若重复接地只能将xD引线接地，而不能错误地将aD线接地，否则，就将开口三角绕组变成了闭口三角绕组。3.2电压互感器的一、二次和消谐器绝缘下降会引起一次熔丝熔断不难想象电压互感器的一、二次绕组和消谐器绝缘下降会引起一次熔丝熔断，尤其是电网出现位移过电压、单相接地等情况将可能会加速熔丝熔断。4电压互感器X端绝缘水平与消谐器不匹配易导致熔丝熔断10kV电压互感器的X端绝缘通常有全绝缘和弱绝缘两种，全绝缘的电压互感器X端耐受电压与首端相同(常称为羊角电压互感器)，弱绝缘的电压互感器X端工频耐受电压为3kV。对X端为弱绝缘的中性点消谐器的选择，必须能在电网正常运行和受到大的干扰后，均使X端电压限制在其绝缘允许范围内，否则X端子就有可能对地放电，造成一次绕组电流增大，熔丝熔断。5雷云闪电时，电压互感器多相高压熔丝熔断的原因分析10～35kV架空线路，在空旷的野外，没有架空地线，三相导线暴露在空中，在雷云电荷的作用下，三相导线都感应相同数量的束缚电荷。当雷云放电，三相导线上的束缚电荷向线路两侧运动，对变电站形成侵入波。此侵入波的电压并不高，溶丝熔断是发热的结果，只有电流的幅值高且持续时间又长的侵入波，才会使高压熔丝熔断，而大部分侵入波都不同时具备此两种条件。故在大多数雷暴天气里，雷击引起电压互感器高压熔丝熔断仍是个概率事件。从上述的分析可知，安装在电压互感器尾端的消谐电阻，不能限制雷击时通过入口电容的冲击电流，因此只能依靠提高熔丝本身的抗冲击电流的通流能力来避免或减少熔丝熔断。6结论(1)雷击时，变电站10kV中性点不接地系统电压互感器一次侧高压熔丝熔断有多种原因，要根据不同的情况分析处理，在一次绕组的接地端串接性能良好的消谐器通常能有效防止这一现象的发生。(2)当发生雷云闪电时，在空旷的架空线路上，感应雷形成侵入波，当侵入波的波头陡时，通过入口电容的冲击电流幅值高，有可能将电压互感器高压熔丝熔断。(3)安装在电压互感器尾部的消谐电阻不能限制入口电容的冲击电流，只能依靠熔丝本身的抗冲击电流的通流能力。