電壓互感器多相熔絲熔斷分析

電壓互感器多相熔絲熔斷分析

110 kV天堂變電站10 kV系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，2004年6月15日發(fā)生10 kV母線電壓互感器一次側(cè)三相熔絲熔斷的故障。事后檢查，中性點(diǎn)所接消諧電阻正常，中性點(diǎn)絕緣正常，勵磁特性在正常范圍，二次回路絕緣正常，更換高壓熔絲后，電壓互感器又恢復(fù)正常運(yùn)行。雷擊時多相熔絲熔斷的原因，只有查清雷擊時通過高壓熔絲的電流，才能了解導(dǎo)致高壓熔絲熔斷的機(jī)理，才能找出有針對性的辦法。

1 低頻飽和電流可引起電壓互感器一次熔絲熔斷

在中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中，電磁式電壓互感器高壓熔絲熔斷，并不一定都是由鐵磁諧振過電壓引起的。當(dāng)電網(wǎng)對地電容較大，而電網(wǎng)間歇弧光接地或接地消失時，健全相對地電容中貯存的電荷將重新分配，它將通過中性點(diǎn)接地的電壓互感器一次繞組形成回路，構(gòu)成低頻振蕩電壓分量，促使電壓互感器處于飽和狀態(tài)，形成低頻飽和電流。它在單相接地消失后1/4～1/2工頻周期內(nèi)出現(xiàn)，電流幅值可遠(yuǎn)大于分頻諧振電流(分頻諧振電流約為額定勵磁電流的百倍以上)，頻率約2～5 Hz。由于具有幅值高、作用時間短的特點(diǎn)，在單相接地消失后的半個周期熔絲熔斷。

1.1 產(chǎn)生低頻飽和電流的原理

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，故障點(diǎn)會流過電容電流，未接地相的電壓升高到線電壓，其對地電容充以與線電壓相應(yīng)的電荷。在接地故障期間，此電荷產(chǎn)生的電容電流以接地點(diǎn)為通路，在電源-導(dǎo)線-大地間流通。由于電壓互感器的勵磁阻抗很大，其中流過的電流很小，一旦接地故障消失，電流通路則被切斷，而非接地相必須由線電壓瞬間恢復(fù)到正常相電壓水平。但是，由于接地故障已斷開，非接地相在接地期間已經(jīng)充電至線電壓下的電荷，就只有通過高壓繞組，經(jīng)其原來接地的中性點(diǎn)進(jìn)人大地。在這一瞬變過程中，高壓繞組中將會流過一個幅值很高的低頻飽和電流，使鐵心嚴(yán)重飽和。實(shí)際上，由于接地電弧熄滅的時刻不同，即初始相位角不同，故障的切除，不都在非接地相電壓達(dá)最大值，這一嚴(yán)重情況下發(fā)生。因此，每次單相接地故障消失時，不都在高壓繞組中產(chǎn)生大的涌流。而且低頻飽和電流的大小還與電壓互感器伏安特性有很大關(guān)系，鐵心越容易飽和，該飽和電流就越大，高壓熔絲就越易熔斷。

1.2 抑制低頻飽和電流的方法

采用電壓互感器中性點(diǎn)裝設(shè)非線性電阻或消諧器的方法可抑制低頻飽和電流。在上述情況下，若在高壓繞組中性點(diǎn)接入一個足夠大的接地電阻R，在單相故障消失時，低頻飽和電流經(jīng)過電阻后進(jìn)入大地。由于大部分壓降加在電阻上，從而大大抑制了低頻飽和電流，使高壓熔絲不易熔斷。同時由于在零序電壓回路串聯(lián)的這個電阻，使電壓互感器鐵磁諧振過電壓的大部分電壓降落在電阻上，從而避免了鐵心飽和，限制了鐵磁諧振過電壓的發(fā)生。考慮到在電網(wǎng)正常運(yùn)行時的中性點(diǎn)零序電流較小，和單相接地時滿足電壓互感器開口三角形電壓的靈敏度，中性點(diǎn)電阻應(yīng)為滿足一定特性要求的非線性電阻或消諧器。

安裝在二次側(cè)的電子消諧器不能限制低頻飽和電流，當(dāng)涌流發(fā)生時，它會將二次開口三角短路，這反而會增大涌流幅值。

天堂變電站10 kV電壓互感器一次中性點(diǎn)安裝了LXO(D)Ⅱ-10型消諧器，其電阻元件是用SIC經(jīng)高溫氫氣爐焙燒而成的非線性電阻串、并聯(lián)而成。電網(wǎng)正常運(yùn)行時此消諧器電阻值大于450 kΩ(取0.3 mA峰值零序電流試驗(yàn))，單相接地時電阻值大于180 kΩ(取3 mA峰值零序電流試驗(yàn))，是可以抑制低頻飽和電流的。

2 電壓互感器一、二次絕緣降低或消諧器絕緣下降可引起熔絲熔斷

2.1 電壓互感器的輔助繞組開口三角兩端的線路中，存在兩點(diǎn)接地的錯誤接線，易引起一次熔絲熔斷

若在變電站安裝過程中，發(fā)生輔助繞組開口三角兩端的線路，兩點(diǎn)接地的錯誤接線，即對電壓互感器開口三角兩端aD點(diǎn)及xD點(diǎn)，在電壓互感器柜已將xD端接地，開口兩端出線引到其他保護(hù)柜后，若重復(fù)接地只能將xD引線接地，而不能錯誤地將aD線接地，否則，就將開口三角繞組變成了閉口三角繞組。

現(xiàn)場實(shí)測天堂變電站10 kV電壓互感器開口三角電壓為5.2 V，電壓互感器未發(fā)生燒損，因此可判斷熔絲熔斷不是電壓互感器開口三角兩點(diǎn)接地引起。

2.2 電壓互感器的一、二次和消諧器絕緣下降會引起一次熔絲熔斷

不難想象電壓互感器的一、二次繞組和消諧器絕緣下降會引起一次熔絲熔斷，尤其是電網(wǎng)出現(xiàn)位移過電壓、單相接地等情況將可能會加速熔絲熔斷。

現(xiàn)場檢查天堂變電站10 kV電壓互感器的一、二次繞組及消諧器絕緣均良好，重點(diǎn)對JDZXll-10C型電壓互感器的一次弱絕緣尾部端子，進(jìn)行了工頻3 kV耐壓試驗(yàn)正常。因此判斷熔絲熔斷亦非消諧器絕緣下降引起。

3 電壓互感器入口電容的沖擊電流可引起熔絲熔斷

3.1 雷電時，電壓互感器多相高壓熔絲熔斷的原因分析

10～35 kV架空線路，沒有架空地線(農(nóng)村35 kV線路進(jìn)線段的架空地線一般為1～2 km，10 kV線路無架空地線)，在空曠的野外，三相導(dǎo)線暴露在空中，在雷云電荷的作用下，三相導(dǎo)線都感應(yīng)相同數(shù)量的束縛電荷。當(dāng)雷云放電(其實(shí)這種閃電并未擊中導(dǎo)線，而是云間或云對地閃擊)，三相導(dǎo)線上的束縛電荷向線路兩側(cè)運(yùn)動，對變電站形成侵入波。此侵入波的電壓并不高，因?yàn)楦邏喝劢z熔斷時避雷器并未動作。

IC的幅值與侵入波的陡度有很大關(guān)系。熔絲熔斷是發(fā)熱的結(jié)果，只有電流的幅值高且持續(xù)時間又長的侵入波，才會使高壓熔絲熔斷，而大部分侵入波都不同時具備此兩種條件。故在大多數(shù)雷暴天氣里，雷擊引起電壓互感器高壓熔絲熔斷仍是小概率事件。

3.2 解決電壓互感器入口電容的沖擊電流引起多相熔絲熔斷的方法

從上述的分析可知，安裝在電壓互感器尾端的消諧電阻不能限制雷擊時通過入口電容的沖擊電流，因此只能依靠提高熔絲本身的抗沖擊電流的通流能力來避免或減少熔絲熔斷。

輕微的諧振也是引起這方面的一個重要因數(shù)。