10kV母线电压异常分析、判据及处置策略

10kV母线电压异常分析、判据及处置策略
发表时间：2017-06-28T10:31:47.040Z 来源：《电力技术》2017年第2期作者：温景和
[导读] 目前变电站10kV部分采用中性点不接地系统，10kV母线电压的监测，通过10kV电压互感器实现。

广东电网有限责任公司东莞供电局广东东莞 523000
摘要：10kV母线电压的状态通过10kV电压互感器采取抽取至监控后台机，实现在线监视，由于设备运行工况变化，电压的数据有时会偏离正常的水平，造成电压异常现象，本文通过对10kV母线电压各种异常现象、数据、信号对比，结合运维经验和理论分析，验证不同电压异常现象对应的实际故障，用以区分出母线本身故障、电压互感器故障、外线路故障，为10kV电压异常事件提供可靠的处理依据，保证母线异常电压处置的及时性、准确性、快速性，提升变电运行应急处置的安全系数和效率。

关键词：电压互感器（PT）；熔断器；判据；处置
0 前言
随着用户对电能质量、供电可靠性要求的提高，供电部门对10kV母线电压监控提出更高的标准。

目前变电站10kV部分采用中性点不接地系统，10kV母线电压的监测，通过10kV电压互感器实现。

电压互感器（简称PT）：是一种将高电压变成低电压，供继电保护、自动装置和测量仪表获取一次侧电压信息的设备。

在运行中PT二次不得短路，因为PT本身阻抗很小，短路会使二次回路通过很大的电流，使二次熔断器熔断，影响表计的指示，甚至引起保护装置的误动作；为了防止一、二次绕组间的绝缘击穿时，高压窜入二次，危及人身和设备安全，二次侧必须有一端接地；PT一、二次侧一般应装设熔断器作为短路保护。

目前10kV母线电压合格范围定量为：一次线电压：10.0~10.7kV、一次相电压：5.7~6.1kV、二次相电压：57~61V。

由于10kV电压互感器的结构特性，若PT故障、母线故障、外线路故障都会影响10kV母线电压，准确区分引起电压异常的故障，对快速处理、恢复设备正常运行有重要意义。

1 10kV 单相接地故障分析
当系统发生单相接地故障时，将产生较高的谐振过电压（需加装消谐装置），影响系统设备的绝缘性能和使用寿命，进而出现更频繁的故障。

单相接地时，监控后台机发出“10kV母线接地信号”动作，该变电站10kV电压显示一相相电压为0或接近0，其他两相相电压升高为线电压或接近线电压，零序、二次电压等于或接近100V，保护装置发出“接地告警”报文。

具体有以下两种情况：（1）当其中一相出现金属性接地时，就会产生激磁涌流，导致PT铁芯饱和。

如A相接地，则Uan的电压为零，非接地相Ubn、Ucn的电压表指示为100V线电压。

PT开口三角两端出现约100V电压（正常时只有约3V），这个电压将起动继电器，发出接地信号并报警。

（2）当发生非金属性短路接地时，即高电阻、电弧、树竹等单相接地。

如A相发生接地，则Uan的电压低于正常相电压，Ubn、Ucn 电压则大于58V，且小于100V，PT开口三角处两端有约70V电压，达到起动值，发出接地信号并报警。

2 10kV PT本体故障分析
10kV PT内部绝缘严重损坏，绕组层间或匝间发生短路时，会伴随异响，设备用红外测温明显发热、有冒烟、渗液现象、产生浓烈的烧焦异味等。

同时造成PT一次侧断线会导致二次侧感应不平衡电压，开口处出现一定的电压，达到保护装置的零序定值，会发接地信号；一次断线相，二次侧相应相电压降低。

故障严重时，会发生爆炸。

3 PT断线故障分析
3.1 PT一次侧断线故障
故障相（一次熔断器熔断相），二次侧对应的电压通过与相邻相的电压表组成串联回路，因此二次电压非0，而是电压降低；非故障相电压不变、不会升高，会导致二次侧感应不平衡电压，开口处出现一定的电压，达到保护装置的零序定值，会发接地信号。

单相PT独立铁芯组合、三相PT共轭铁芯构造，单相断线后产生的互感电压有所区别：因为“三相PT共轭铁芯构造”的磁路系统互通，所以断线相感应的电压比“单相PT独立铁芯组合”感应的电压要高一些。

3.2 PT二次侧断线故障
PT二次侧断线，绕组将从回路中切除，未熔断相电压表指示不变，熔断相的电压显示降低或为0。

4 故障判据及处置方法
4.1 PT接地故障与PT断线故障判据
PT接地故障故障相电压降低或接近0，非故障相电压升高或接近线电压，保护装置发“接地报警”信号；PT断线故障相电压为0或降低，非故障相电压不会升高。

4.2 PT一次断线与二次断线故障判据
PT一次侧断线会导致二次侧感应不平衡电压，开口处出现一定的电压，达到保护装置的零序定值，会发接地信号，而二次熔断器熔断无此现象；PT一次断线，二次侧相应相电压降低，而PT二次侧断线，绕组将从回路中切除，相电压显示为0。

4.3 PT一次保险熔断与PT本体故障判据
PT严重故障，会伴随异响，设备发热现象，异味。

可通过现场听声音、闻气味、观察设备外观，并用红外成像仪测温等方式，确定PT本体是否有明显异常。

4.4 倒闸操作依据、风险分析
4.4.1倒闸操作依据
（1）《电气操作导则实施细则》允许使用刀闸进行下列操作包括：
①拉开、合上无故障的电压互感器及避雷器。

②10kV户外三联隔离开关可拉开、合上电压在10kV及以下，电流在9A以下的负荷电流。

③10kV单相隔离开关可拉开、合上励磁电流不超过2A的空载变压器和电容电流不超过5A的空载线路。

（2）《变电站运行规程》：
①电压互感器（PT）故障时，应立即退出有关保护和自动装置（如距离保护、低压闭锁的保护）、低周减载等），防止动作。

②电压互感器内部有故障需要停电时，不能用隔离开关拉开，而应用断路器来切；如确认其高压保险丝已熔断，则可拉开隔离开关。

③电压互感器高压保险丝熔断时，应对互感器进行外部检查，必要时应停电测绝缘电阻、直流电阻；如高压保险丝连续熔断两次，应将互感器停用，禁止随意将高压保险丝换大，低压保险熔断时，应测量二次回路绝缘电阻。

4.4.2 风险分析
4.4.2.1 二次设备风险分析
需先将PT的二次并列，若本体确实有问题，并列时两PT的二次回路会有一定的冲击电流，形成电压降，若故障严重可能造成PT二次保险熔断或二次短路，同时影响了无故障母线段上设备的保护，扩大事件的影响范围。

4.4.3.2 一次设备风险分析
若本体无故障，可断开PT二次保险后，拉开PT刀闸，把故障隔离出来；若本体故障，拉开负荷的电流超过“倒闸操作依据（1）”的数值，则可能产生拉弧，故障严重时，可能造成10kV母线短路故障，且会危及人身安全。

4.5 10kV单相接地故障处置
（1）检查消弧装置是否选线出口跳闸，
（2）根据选线装置报告显示馈线先后次序，向调度申请轮切馈线开关，
（3）在轮切到某条馈线后，接地信号消失，即可判断是该条馈线单相接地，如果轮切母线上所有馈线后，接地信号仍然存在，有可能是两条及以上馈线同相接地，或10kV母线设备（包括PT本体）发生单相接地。

（4）针对两条及以上馈线同相接地的情况，向调度申请将母线上所有馈线转为热备用，（5）如果接地信号仍然存在，即可判断为母线设备（包括PT本体）发生接地故障，此时，应做好防护措施，到现场检查母线设备，根据判断结果向调度汇报，根据调度指令进行母线停电处理。

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（6）如果将母线上所有馈线转为热备用后，接地信号消失，可向调度申请，逐条试送馈线，当试送到某条馈线时，接地信号发生，即可判断为该条馈线发生单相接地，此时，立即切开该条馈线，可接此方法进行试送判断方法查找。

4.6 PT本体故障处置
做好防护措施，到现场检查母线设备，根据判断结果向调度汇报，根据调度指令进行母线停电处理。

4.7 PT断线故障处置
4.7.1 PT一次侧断线处置
（1）检查二次回路无异常。

（2）汇报调度，申请10kV PT二次并列，断开该PT二次保险，拉开PT刀闸，直接将其转检修，更换一次保险处理。

4.7.2 PT二次断线处置
（1）汇报调度，申请退出该PT电压量涉及的二次保护（低周减载、复合电压过流，电容器低电压保护、低压闭锁的保护、备自投）。

（2）断开该PT的二次保险。

（3）更换该PT的二次保险，并测量电压是否正常。

（4）汇报调度，恢复该PT电压量涉及的二次保护。

5 结论
本文通过对造成10kV母线电压异常的几种情况（接地、断线，PT本体等）的分析，在充分收集信号、电压、电流、温度数据、设备型号构造、近期维护、运行年限等情况的基础上，从理论和实践的数值上，建立电压异常了各种故障的判据，并论述了不同故障相对应的处置方法，提高了故障处理的效率。

6 致谢
谢若锋、谢伟光站长、宁雪峰助理技术专家为本文的编写提供了宝贵意见，谨此致谢。

作者简介：温景和（1984-），男，广东东莞人，大学本科，变电运行管理，巡维中心副站长.。