10kV配网PT高压熔断器熔断原因浅析

10kV配网PT高压熔断器熔断原因浅析

武功供电分公司局长：来勇本文对配电网PT一次侧熔断器熔断的原因进行了简要分析，并提出了解决方法；同时对其中较常用的加装一次消谐器的方法进行了详细分析，提出解决产生二次电压不平衡的方法。

在6～35kV中性点不接地电网中，由于系统单相接地故障所引发的电磁式电压互感器(以下简称PT)一次侧熔断器熔断的问题时有发生，严重时甚至导致PT爆炸，严重威胁电网的安全运行。

1 PT高压熔断器熔断原因分析

PT高压熔断器熔断必然缘于PT一次侧发生了足够长时间的过电流或者出现了较强的瞬间冲击电流。目前大部分文献都认为PT高压熔断器熔断的主要原因都是由于系统发生铁磁谐振而引起过电压，而最终导致了PT高压熔断器熔断[1]。但文献[2]提出了，当线路长度大于一定值时，PT高压熔断器熔断的主要原因不是铁磁谐振，而是由单相接地故障恢复后的电容放电冲击电流造成的。

运行经验和理论分析均表明，铁磁谐振往往是在系统对地电压出现不对称且某些相电压升高，电压互感器铁芯出现饱和而致使系统对地分布电容和电压互感器的励磁电抗达到某种匹配的情况下发生，并且可能发生分频谐振、基频谐振或高频谐振。因此，铁磁谐振经常在某种外部条件的激发下发生。例如，断路器三相非同期合闸、切除单相接地故障等都容易激发铁磁谐振。此外，由于35kV及以下的配电网覆盖面广，配电线路投切频繁，网络结构复杂且经常发生变化，因而发生铁磁谐振的概率也较大[3]。

2 消除铁磁谐振的方法

目前，常用的消除铁磁谐振的方法主要从两方面着手，即改变电感电容参数和消耗谐振能量，如在PT二次侧开口三角形侧接入电阻、在PT一次中性点接入消谐电阻器或零序PT等。实践证明此法比较好地抑制了电压互感器铁磁谐振。

1．电压互感器中性点经接地电阻接地或经XXQ一10接地

中性点串入的电阻等价于每相对地接入电阻，能够起到消耗能量、阻尼和抑制谐波的作用。

2. 电压互感器开口三角

绕组接电阻、灯泡或分频谐振

PT开口三角绕组接入电阻可消耗谐振零序回路的能量，等效于在线圈的1次侧串接电阻，其目的是为了增加回路阻尼，以破坏造成铁磁谐振的条件，使谐振不发生。由于阻尼电阻与励磁电抗并联，且相对于励磁电抗很小，并联回路中阻尼电阻起主要作用，从而改变了电路结构。破坏了谐振条件，能有效阻尼、抑制或消除铁磁谐振的发生[5]。

3. PT中性点处接零序PT

由于三相电压互感器的开口三角回路是短接的，因此三相电压互感器和零序电压互感器分别担负着正序电压和零序电压的测量功能。同时，也使零序回路中仅有单相电压互感器一种磁化电感，从根本上破坏了产生铁磁谐振的条件。但其缺点是由于三相电压互感器零序阻抗被短接，削弱了对超低频振荡的抑制作用，以至造成产品损坏。

4．抗谐振型电压互感器

在线路单相接地时能够使PT各相绕组电压均能保持在正常相电压附近而不会饱和，从而很好地抑制铁磁谐振，降低PT一次侧电流，同时亦保持了接地指示装置对零序电压幅值和相位的灵敏度。

文献[4]还提到了其它消谐措施：

(1)采用在1.3倍线电压下，铁芯不饱和，励磁特性好的电压互感器，一旦发现了谐振，采用以优代劣，即可躲开原来的谐振点。

(2)限制同一电网、中性点接地的电压互感器的台数，即将用户接地的电压互感器中性点接地解开。

(3)改进运行方式，不合空载母线，不用经过计算容易引起谐振的运行方式。

(4)在母线上加一组三相电容器，或一段电缆，避开谐振区域。

3 加装消谐器原理简介

消谐器本质是一种高容量非线性电阻器，起阻尼与限流的作用。可以起到良好的限制电压互感器铁磁谐振的效果。我们一般指PT柜加装消谐器，是指安装在6-35kV电磁式电压互感器（简称压变）一次绕阻Yo结线中性点与地之间的非线性电阻器，起阻尼与限流的作用。

图2 一次侧接消谐器

在6-35kV发电、变电站，我们经常碰到的是电网中性点不接地，其母线上的Yo接线的电磁式压变一次绕组，成为中性点不接地电网对地的唯一金属通道，电网相对地电容的充、放电途径必然通过压变一次绕组。这种慢变过程使压变铁芯深度饱和，当电网接地消失时，压变一次绕组中

会出现数安培幅值的涌流，将压变0.5A高压熔丝熔断。即使这种涌流尚未达到熔断器的熔断值，但仍超过电压互感器额定电流，长时间处于过电流状态下运行的电压互感器会被烧毁，继而引发其他事故。选用一次消谐器，这种现象就不会发生。但如果一次侧中性点接入电阻太大时，当一次系统发生单相接地时就会影响开口三角形的输出电压，从而降低了预报灵敏度，所选阻尼电阻与电压互感器型式有关，可经测试决定。当单相接地电容电流小于一定的值时，不会在压变一次绕组中出线较大的涌流，对压变和高压熔丝无任何影响，从经济和产品成本的角度考虑，可以不装消谐器。

4 一次侧加装消谐器后二次电压不平衡原因查找方法及解决对策

在运行中发现，有些变电站在一次侧装了消谐器后，二次侧三相电压出现较明显的不平衡现象；而拆除消谐器后，二次电压不平衡现象基本消失。

4.1 二次电压不平衡原因

1．用万用表测量PT二次侧开口三角两端的电压(若此电压大于5V，则用万用表测频档测量开口三角两端的电压)：

①若此电压频率是50 Hz,则是由于三相伏安特性差别过大造成的②若电压频率为150 Hz,则是由于励磁电流中的三次谐波电流过大造成的。

2．做消谐器的伏安特性试验，特别是应用中的老式的消谐器，由于老式消谐器通流容量只有250 mA，而高压熔断器一般为0.5 A，这样可能导致大电流流过时消谐器先于而烧毁。而烧断时可能导致PT中性点不接地及其他事故。

这种不平衡现象出现的原因主要是零序电流流经电阻R产生电压降而使互感器中性点位移。零序电流有来自互感器励磁特性，也有来自电源电压的三次谐波。当电源电压是正弦波时，互感器上的励磁电流则是含有三次谐波的非正弦波，三次谐波的含量与互感器中的磁密有关，磁密较高时，则三次谐波电流含量也大。三相电路中，三次谐波电流是零序的。在电源中性点不接地的情况下，其三次谐波电流通过消谐电阻与线路对地电容形成回路流通，三次谐波电流在消谐电阻上产生的压降，即在开口角回路产生零序电压，如果三次谐波电流过大，则开口角电压将超过电压继电器整定下限值而误报警[6]。

4.2 解决方法

1．如果此变电站铁磁谐振现象极少发生，可优先考虑拆除消谐器，采用3只单相中性点直接接地方式；

2．尽量采用励磁电流小于1mA(一次绕组)的PT ；

3．尽量采用3只伏安特性基本一致的PT组成一组；

4．在开口三角两端安装与消谐器配套的二次侧产品“三次谐波限制器”，以限制消除励磁电流中的三次谐波的影响；

5．采用新型的消谐器,使其允许的通流容量满足实际要求,建议在计划检修时增加老式消谐器伏安特性试验。

5 结论

本文分析了PT高压侧熔丝熔断的原因并总结了解决方法；实际应用证明，一次侧中性点加装消谐器是目前解决铁磁谐振比较好的方法，所以着重介绍了加装一次消谐器的原理及其对计量带来的影响，提出了相应的解决办法。

参考文献

[1] 赵吉东，配电网几种消谐振措施的对比[J]，西北电力技术，2004，32(3)：125127．

[2] 周小梅，杨以涵，配电系统PT高压熔断器熔断的原因分析[J]，现代电力，2007(4)：3437．

[3] 张勋友，温阳东，配电系统PT铁磁谐振过电压与消谐装置的研究[J]，池州学院学报，2009（3）：51-53．

[4] 李洪海，刘啸尘，电压互感器铁磁谐振过电压及防止[J]，应用能源技术，2009（7）：21-23．

[5] 高鹏，马江泓，刘富元，白瑞雪，

非有效接地系统中电压互感器防谐振措施研究[J]，电网与水力发电进展，2008(1)：24-28．[6] 沙玉洲，贾建华，袁韬，胡光远，安作平，35 kV及以下开关柜上三相电压不平衡现象的分析[J]，天津电力技术，2009（3）：9-12．