论文部分内容阅读
摘要:本文以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。重点阐明铁磁谐振产生的原理及抑制方法，产生低频饱和电流的原理及抑制方法，电压互感器一、二次绝缘降低或消谐器绝缘下降可引起熔丝熔断的原因分析。
关键词:电压互感器熔丝熔断电容电流
中图分类号：TM451 文献标识码：A 文章编号：
1．引言
电压互感器是电力系统中供测量和保护用的重要设备,它的作用是：电压互感器与测量仪表相配合,测量线路的相电压与线电压;与继电保护装置相配合,对系统及设备进行过电压、单相接地保护。电压互感器将系统高电压转变为标准的低电压(100v),为仪表、保护提供必要的电压。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，以下就常见的几种原因进行分析并给出解决办法。
2.磁谐振过电压可引起电压互感器一次侧熔丝熔断
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，大于系统对地容抗，即xL>xc，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。但会使系统异常及中性点电位发生偏移，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。
铁磁谐振过电压分为工频、分频和高频谐振过电压，常见的为工频和分频谐振。当电压互感器的激磁电感很大时，回路的自振频率很低，可能产生分频谐振；当电压互感器的铁心激磁特性容易饱和时或系统中有多台电压互感器、并联电感值较小、回路自振频率较高时，则产生高频谐振。
2.1 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，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，导致铁芯剧烈振动，电气设备有较强烈的“嗡嗡”声。
2.2 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在零序回路加阻尼电阻，即在一次绕组中性点加装非线性电阻或二次开口三角绕组处加装消谐器。
3、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，促使电压互感始终饱和，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，有可能在单相接地消失后的半个周期即可使熔断熔丝。
3.1 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，经其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。
3.2 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入一个足够大的地电阻R在单相故障消失时，低频饱和各电流经过该电阻后進人大地，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只电阻，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二次开口三角形电压的灵敏度，中性点电阻及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。
4、电压互感器一、二次绝缘降低或消谐器绝缘下降可引起熔丝熔断
装有消谐器的10kV电压互感器正常运行时，辅助绕组短路后的高压绕组中最大电流一般不超过10mA，辅助绕组中最大电流为1A，电压互感器仍可以长期运行；若电网单相接地的情况下，辅助绕组开口两端短路，则三相高压绕组中电流都增大到170～180mA(接有消谐电阻)及400～415mA(未接消谐电阻)，辅助绕组中电流增大到30A(接有消谐电阻)及75～80mA(未接消谐电阻)，通过消谐电阻的电流也高达520mA，此时电压互感器负载达到每台1000VA及2400VA，而通常10kV电压互感器最大热极限负荷仅为300～400VA。由于电压互感器高压绕组的保护熔丝为0.5A，虽然高压绕组中电流达到0.2～0.4A，仍低于高压保护熔丝的熔断电流，而辅助绕组回路中又没有熔丝保护。因此高低压绕组只有任其加热，当电网接地持续一段时间后，高、低压绕组的绝缘层逐渐烧损，以至短路，电流增大。有的将主绝缘烧穿，变成相间短路，致使高压熔丝熔断。
在电压互感器安装了消谐电阻器后，电网正常运行时，在开口两端一般都会有数伏电压，如果用万用表测量此电压很低(mV级)，则要考虑辅助绕组的接线是否被短路。利用此特征，可以尽早发现电压互感器二次开口三角短路的潜在故障。
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。
5、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(JDZJ-10)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。消除的措施：根据电压互感器X端的绝缘水平选择与之相配的非线性电阻。
6、结论
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。当发生雷电时，在架空线路上，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。以上结论同样实用于35kV中性点不接地系统。
参考文献：
[1]电力工业出版社《发电厂及变电所的二次接线》 华北电力学院作者：张玉诸教授
[2]电力工业出版社《发电厂和变电所电气设备的运行》苏州电力技工学校 作者：华田生讲师
关键词:电压互感器熔丝熔断电容电流
中图分类号：TM451 文献标识码：A 文章编号：
1．引言
电压互感器是电力系统中供测量和保护用的重要设备,它的作用是：电压互感器与测量仪表相配合,测量线路的相电压与线电压;与继电保护装置相配合,对系统及设备进行过电压、单相接地保护。电压互感器将系统高电压转变为标准的低电压(100v),为仪表、保护提供必要的电压。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，以下就常见的几种原因进行分析并给出解决办法。
2.磁谐振过电压可引起电压互感器一次侧熔丝熔断
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，大于系统对地容抗，即xL>xc，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。但会使系统异常及中性点电位发生偏移，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。
铁磁谐振过电压分为工频、分频和高频谐振过电压，常见的为工频和分频谐振。当电压互感器的激磁电感很大时，回路的自振频率很低，可能产生分频谐振；当电压互感器的铁心激磁特性容易饱和时或系统中有多台电压互感器、并联电感值较小、回路自振频率较高时，则产生高频谐振。
2.1 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，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，导致铁芯剧烈振动，电气设备有较强烈的“嗡嗡”声。
2.2 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在零序回路加阻尼电阻，即在一次绕组中性点加装非线性电阻或二次开口三角绕组处加装消谐器。
3、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，促使电压互感始终饱和，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，有可能在单相接地消失后的半个周期即可使熔断熔丝。
3.1 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，经其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。
3.2 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入一个足够大的地电阻R在单相故障消失时，低频饱和各电流经过该电阻后進人大地，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只电阻，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二次开口三角形电压的灵敏度，中性点电阻及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。
4、电压互感器一、二次绝缘降低或消谐器绝缘下降可引起熔丝熔断
装有消谐器的10kV电压互感器正常运行时，辅助绕组短路后的高压绕组中最大电流一般不超过10mA，辅助绕组中最大电流为1A，电压互感器仍可以长期运行；若电网单相接地的情况下，辅助绕组开口两端短路，则三相高压绕组中电流都增大到170～180mA(接有消谐电阻)及400～415mA(未接消谐电阻)，辅助绕组中电流增大到30A(接有消谐电阻)及75～80mA(未接消谐电阻)，通过消谐电阻的电流也高达520mA，此时电压互感器负载达到每台1000VA及2400VA，而通常10kV电压互感器最大热极限负荷仅为300～400VA。由于电压互感器高压绕组的保护熔丝为0.5A，虽然高压绕组中电流达到0.2～0.4A，仍低于高压保护熔丝的熔断电流，而辅助绕组回路中又没有熔丝保护。因此高低压绕组只有任其加热，当电网接地持续一段时间后，高、低压绕组的绝缘层逐渐烧损，以至短路，电流增大。有的将主绝缘烧穿，变成相间短路，致使高压熔丝熔断。
在电压互感器安装了消谐电阻器后，电网正常运行时，在开口两端一般都会有数伏电压，如果用万用表测量此电压很低(mV级)，则要考虑辅助绕组的接线是否被短路。利用此特征，可以尽早发现电压互感器二次开口三角短路的潜在故障。
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。
5、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(JDZJ-10)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。消除的措施：根据电压互感器X端的绝缘水平选择与之相配的非线性电阻。
6、结论
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。当发生雷电时，在架空线路上，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。以上结论同样实用于35kV中性点不接地系统。
参考文献：
[1]电力工业出版社《发电厂及变电所的二次接线》 华北电力学院作者：张玉诸教授
[2]电力工业出版社《发电厂和变电所电气设备的运行》苏州电力技工学校 作者：华田生讲师