讨论｜10kV不接地系统接地时造成电压互感器烧毁原因分析与解决措施

讨论｜10kV 不接地系统接地时造成电压互感器烧毁
原因分析与解决措施
2016-07-22
为什么出现接地故障时容易造成PT损坏故障呢？因为个人时间原因，给大
家简单讲一个深入浅出的渐进式分析过程吧。①把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，监视母线电压
及电力设备运行状况，并供保护、计量、仪表装置使用。
②标准电压使仪表和继电器规格统一，易于实现标准化。
③电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离，且二次侧可设接地点，确保人
员及二次设备的安全。
可以说，电压互感器就是一个有着特殊结构和使用形式的小型变压器。电力系统的任一回路都可简化成电阻R、感抗 wL、容抗 1/wC的串并联回路。
不管是串联还是并联回路，当容抗1/wC和感抗wL相等时，这个回路就会发生谐
振。
10kV中性点不接地电网中的电磁式电压互感器一次绕组是电网对地唯一的
金属性通道。单相接地或消失时，电网对地电容通过PT一次绕组有一个充放电
的过渡过程。试验测得此时常常有最高幅值达数安培的工频半波涌流通过PT，
此电流足够将PT高压熔丝熔断。在这一瞬变过程中，互感器高压绕组中将会流过一个幅值很高的低频饱和电
流，使铁芯严重饱和，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，造成高压互感器烧毁。
由此可见，如果遇到断断续续的接地故障（一般表现为单相接地），是非常
容易烧毁电压互感器，或熔断高压熔丝的。
上文中提到铁磁谐振这个词，所以还有必要讲一下铁磁谐振的产生过程。
电力系统产生谐振的回路中，电感元件和电容元件就会产生过电压和过电流，
此时的电场能量（电容）与磁场能量交换达到最大值。在高压回路中，由于线路
等电气设备对地存在分布电容，再加上电压互感器之类的非线性铁磁元件电感的
存在，具备了构成谐振的必要条件，一旦系统电压发生扰动，就有可能会激发谐
振，由于铁磁元件的非线性(如铁芯饱和时感抗会变小)，这一谐振会进一步增大，
当出现wL=1/wC时，这种谐振称为铁磁谐振。
铁磁谐振对地产生很高的过电压，此电压可能是额定电压的几倍至几十倍，
致使瓷绝缘放电，绝缘子、套管等的铁件出现电晕，电压互感器一次熔断器熔断，
严重时将损坏设备。
在实际运行中产生铁磁谐振的具体原因：
①中性点不接地系统发生单相接地、单相断线或跳闸，三相负荷严重不对称等。
其中，单相接地故障是铁磁谐振最常见的一种激发方式。
②与电压互感器铁芯的饱和程度有关。在中性点不接地系统中使用中性点接地的
电压互感器时，若其铁芯过早饱和则更容易产生铁磁谐振。③倒闸操作过程中由于运行方式恰好构成谐振条件，如三相断路器不同期分合时，
都会引起电压、电流波动，引起铁磁谐振。
终上所述，电压互感器比较严重的故障都跟铁磁谐振有关系，如何消除或减
少铁磁谐振是确保电网正常运行和保护电压互感器的重要措施。如何消除铁磁谐
振要先认识一下发生谐振的震荡频率。
Xc0是系统每相容抗；Xm为电压互感器的单相绕组在额定线电压作用下的对
地励磁电抗。
当比值Xc0/Xm较小(在0.01～0.07)时发生的谐振是分频谐振。电容和电感
在振荡时能量交换所需的时间较长，振荡频率较低。
当比值Xc0/Xm较大(在0.55～2.8)时发生的谐振是高频谐振。发生高频谐
振时线路的对地电容较小．振荡时能量交换较快。
当比值Xc0/Xm接近于1时，发生谐振的谐振频率与电网频率相同，故称之
为基频谐振。
可以认为：当Xc0/Xm≤0.01或Xc0/Xm≥2.8时，系统不会发生铁磁谐振。
知道这一点，基本可以知道防止铁磁谐振的方法和措施了。
①改变XC/XL的比值，如使用电容式电压互感器（CVT）或在母线上接入一定大
小的电容器，使XC/XL＜0.01来避免谐振。
②电压互感器开口三角绕组两端连接一个适当数值的阻尼电阻R（约为几十
欧）。③对该供电区域10kV、35kV系统电容电流进行实测，对电容电流超过标准规定
的变电站安装消弧线圈和消谐装置。
经过以上改良，也就基本可以消除10kV不接地系统接地故障造成电压互感器烧
毁的故障。但万事也不是绝对的，还需要日常保养和对系统的了解、维护。
①对10kV架空裸导线定期进行隐患排查，使其远离树木、建筑物等。
②在有可能发生接地故障的线路加装绝缘护套，市区或丛林密集地区用架空绝缘
导线代替裸导线。
③从特性上应该了解铁磁谐振产生的根本原因是铁心饱和，即电压互感器的励磁
特性不好；电压互感器的非线性铁磁特性又是产生铁磁谐振的根本原因，铁磁元
件的饱和效应本身，也限制了过电压的幅值；回路损耗也使谐振过电压受到阻尼
和限制。所以，在运行维护中，应该首选励磁特性好的电压互感器替换原来的互
感器。