電壓互感器損壞原因剖析及防範措施

針對二灘電廠6kV系統電壓互感器自投產電壓互感器損壞原因剖析及防範措施以來頻繁損壞的現象，簡要闡述電磁諧振產生的原因、危害及防範措施，同時也提出針對此類故障應從哪些方面入手的意見，希望能對一些單位有所借鑒。

在6～35 kV的中性點非有效接地系統中，由於變壓器、電壓互感器、消弧線圈等設備鐵心電感的磁路飽和作用，激發產生持續的較高幅值的鐵磁諧振過電壓。鐵磁諧振可以是基波諧振、高次諧波諧振、分次諧波諧振。這種諧振產生的過電壓的幅值雖然不高，但因過電壓頻率往往遠低於額定頻率，鐵心處於高度飽和狀態，其表現形式可能是相對地電壓升高，勵磁電流過大，或以低頻擺動，引起絕緣閃絡、避雷器炸裂、高值零序電壓分量產生、虛幻接地現象出現和不正確的接地指示。嚴重時還可能誘發保護誤動作或在電壓互感器中出現過電流引起PT燒壞。

1 故障現象及相關數據

6kV系統共有八段，採用的是上海華通開關廠生產的電氣組合櫃，該廠設備自投產以來，主部件未發生大的缺陷，但其輔助測量PT發生了8台次損壞，現象表現為本體炸裂、內部絕緣物質噴出故障，致使6 kV系統的相關保護不能投運，部分自動功能無法實現。這給廠用系統的安全穩定運行帶來了極大的隱患。

2 故障原因初探

根據故障現象，經過初步判斷，估計是由於下述的幾個原因所致。

1) 產品質量不好：如果由於產品本身絕緣、鐵心疊片及繞制工藝不過關等，均可能致使電壓互感器發熱過量使絕緣長期處於高溫下運行，從而導致絕緣加速老化，出現擊穿。該類型的電壓互感器一次側繞組發生匝間短路，這樣電流會迅速增大，鐵磁也將迅速飽和從而導致諧振過電壓，使絕緣擊穿，高壓熔斷器被熔斷。

2) 電壓互感器二次負荷偏重，一、二次電流較大，使二次側負載電流的總和超過額定值，造成PT內部繞組發熱增加，尤其是在電壓高於PT額定電壓(6kV)情況下，PT內部發熱更加嚴重；再者，該系統屬於中性點非有效接地系統，故一次側電壓在運行中容易發生偏斜，當某相出現高電壓時，該相PT更加容易發生熱膨脹損壞。

表1故障統計 編號 電壓互感器型號 現象 備註

601 VKI7.2 C相損壞，引起匝間短路 更換為JDZX8-6型電壓互感器後，投運不到兩天時間，又發生B相損壞，引起匝間短路

603 VKI7.2 A相損壞，引起匝間短路

604 VKI7.2 A相損壞，引起匝間短路

606 VKI7.2 A、C相損壞，引起匝間短路

607 VKI7.2 A、C相損壞，引起匝間短路

主要技術參數：變比600/根號3/100根號3/100/3，額定容量90/100VA，上海互感器廠

註：1) VKI 7.2型電壓互感器為引進型，國內相應的產品型號為JDZX8-6；6kVⅠ段至Ⅷ段各有一組(3台)變比為6000/3／100/3／100/3的互感器。2) 工藝為樹脂澆注式半絕緣，一次中性點的耐受為3kV(出廠值)。 3) 由於鐵磁諧振而造成電壓互感器被擊穿，因為：被擊穿的電壓互感器所處的母線帶的負荷呈感性的比較多，特別是Ⅲ、Ⅳ段，帶有大容量的深井泵，在負荷分配上其感抗大於容抗，由於某種原因，而使系統電壓波動(如深井泵頻繁啟停等)，使電路中電流和電壓發生突變，可能導致電壓互感器鐵心迅速飽和、感抗減小，當感抗小於容抗時，將產生鐵磁諧振，導致電壓互感器激磁電流增大幾十倍，而過電壓幅值將達到近2.5Ue，甚至於達到3.5Ue以上，而且持續時間較長，電壓互感器在這樣大電壓、大電流下運行，使本身的溫度也迅速升高，導致損壞。

根據上述的分析，為此組織QC小組對其原因進行分析，同時派人外出調研，調研結果表明：(1)應不存在產品質量問題，原因是該互感器在華東地區廣泛採用，從收集的資料上看，該廠產品的業績是良好的，雖然在某些地方也曾出現過一些問題，但象二灘電廠這樣大量的損壞是沒有的。(2)懷疑電壓互感器二次負荷偏重導致PT損壞的理由也不成立，原因是該PT 0.5級二次繞組額定容量為90 VA，在1998年11月16日，測量了604PT二次側星形接線負荷，在二次接線迴路上施加100V的三相交流電源(停用備自投)，測得Ia=0.61 A，Ib=1.05 A， Ic=0.605 A，測得星形接線負荷容量：Sa=35.2 VA，Sb=60.6 VA，Sc=35VA，PT總輸出容量為105.6 VA；次日，測量601PT二次側星形接線負荷，在二次接線迴路上施加100V的三相交流電源(停用備自投，有一塊電度表未裝)，測得Ia=0.4 A， Ib=0.7 A，Ic=0.4 A，測得星形接線負荷容量： Sa=23.09VA，Sb=40.04 VA，Sc=23.09 VA，PT總輸出容量為69.28 VA。通過實際測量結果分析，除604PT有一相超出額定值外，其餘均在額定值範圍內，同時，按照PT的容量為一個數列，一般50 VA就能滿足使用，所以說90 VA的容量應該是足夠大的。因此，二灘大量的PT損壞原因應該為電磁諧振所致。

3 鐵磁諧振的幾個特點

1) 對於鐵磁諧振電路，在相同的電源電勢作用下迴路可能不只一種穩定的工作狀態。電路到底穩定在哪種工作狀態要看外界衝擊引起的過渡過程的情況。

2) PT的非線性鐵磁特性是產生鐵磁諧振的根本原因，但鐵磁元件的飽和效應本身也限制了過電壓的幅值。此外迴路損耗也使諧振過電壓受到阻尼和限制。當迴路電阻大於一定的數值時，就不會出現強烈的鐵磁諧振過電壓。

3) 串聯諧振電路來說，產生鐵磁諧振過電壓的的必要條件是ω0=1／L0C＜ω。因此鐵磁諧振可在很大的範圍內發生。

4) 維持諧振振蕩和抵償迴路電阻損耗的能量均由工頻電源供給。為使工頻能量轉化為其它諧振頻率的能量，其轉化過程必須是周期性且有節律的，即…1/2(1，2，3…)倍頻率的諧振。

5) 鐵磁諧振對PT的損壞。電磁諧振(分頻)一般應具備如下三個條件。

① 鐵磁式電壓互感器(PT)的非線性效應是產生鐵磁諧振的主要原因。

② PT感抗為容抗的100倍以內，即參數匹配在諧振範圍。

③ 要有激發條件，如PT突然合閘、單相接地突然消失、外界對系統的干擾或系統操作產生的過電壓等。

據試驗分頻諧振的電流為正常電流的240倍以上，工頻諧振電流為正常電流的40～60倍左右，高頻諧振電流更小。在這些諧振中，分頻諧振的破壞最大，如果PT的絕緣良好，工頻和高頻一般不會危及設備的安全，而6 kV系統存在上述條件。

4 鐵磁諧振的常用消除辦法

根據以上分析配電系統鐵磁諧振的特性，就不難找到加以解決的辦法。通常的解決辦法有：

1) PT一次的中性點加裝阻尼電阻。該方法在已廣泛採用，生產定型產品的廠家比較多，在實際運用中都取得了滿意的效果。如西安電瓷廠生產的RXQ系列消諧器，該消諧器串接於PT一次繞組中性點與地之間，內部材料為大容量的非線性碳化硅電阻片及散熱片等串聯組裝於瓷套內而成。其工作原理為：在低壓下消諧器呈高電阻值(可達幾百千歐)使諧振在起始階段不易發展，單相接地時，消諧器上出現千餘伏電壓，它的非線性電阻下降，使其不影響接地保護的工作。

2) 在PT開口三角側並聯固定(或可變)阻尼，一些要求不太高的變電所或配電。