电压互感器爆裂原因剖析及防范措施

摘要：针对二滩电厂６kV系统电压互感器自投产以来频繁损坏的现象，简要阐述电磁谐振产生的原因、危害及防范措施，同时也提出针对此类故障应从哪些方面入手的意见，希望能对一些单位有所借鉴。
关键词：6kVPT；爆裂原因；剖析；防范措施

    在6～35kV的中性点非有效接地系统中，由于变压器、电压互感器、消弧线圈等设备铁心电感的磁路饱和作用，激发产生持续的较高幅值的铁磁谐振过电压。铁磁谐振可以是基波谐振、高次谐波谐振、分次谐波谐振。这种谐振产生的过电压的幅值虽然不高，但因过电压频率往往远低于额定频率，铁心处于高度饱和状态，其表现形式可能是相对地电压升高，励磁电流过大，或以低频摆动，引起绝缘闪络、避雷器炸裂、高值零序电压分量产生、虚幻接地现象出现和不正确的接地指示。严重时还可能诱发保护误动作或在电压互感器中出现过电流引起PT烧坏。

    1 故障现象及相关数据

    6kV系统共有八段，采用的是上海华通开关厂生产的电气组合柜，该厂设备自投产以来，主部件未发生大的缺陷，但其辅助测量PT发生了8台次损坏，现象表现为本体炸裂、内部绝缘物质喷出故障，致使6kV系统的相关保护不能投运，部分自动功能无法实现。这给厂用系统的安全稳定运行带来了极大的隐患。

    2 故障原因初探

    根据故障现象，经过初步判断，估计是由于下述的几个原因所致。

    1)产品质量不好：如果由于产品本身绝缘、铁心叠片及绕制工艺不过关等，均可能致使电压互感器发热过量使绝缘长期处于高温下运行，从而导致绝缘加速老化，出现击穿。该类型的电压互感器一次侧绕组发生匝间短路，这样电流会迅速增大，铁磁也将迅速饱和从而导致谐振过电压，使绝缘击穿，高压熔断器被熔断。

    2)电压互感器二次负荷偏重，一、二次电流较大，使二次侧负载电流的总和超过额定值，造成PT内部绕组发热增加，尤其是在电压高于PT额定电压(6kV)情况下，PT内部发热更加严重；再者，该系统属于中性点非有效接地系统，故一次侧电压在运行中容易发生偏斜，当某相出现高电压时，该相PT更加容易发生热膨胀爆裂。

    编号电压互感器型号现象备注

    601VKI7.2C相爆裂，引起匝间短路更换为JDZX8-6型电压互感器后，投运不到两天时间，又发生B相爆裂，引起匝间短路

    603VKI7.2A相爆裂，引起匝间短路

    604VKI7.2A相爆裂，引起匝间短路

    606VKI7.2A、C相爆裂，引起匝间短路

    607VKI7.2A、C相爆裂，引起匝间短路

    主要技术参数：变比600/根号3/100根号3/100/3，额定容量90/100VA，上海互感器厂

    注：1)VKI7.2型电压互感器为引进型，国内相应的产品型号为JDZX8-6；6kVⅠ段至Ⅷ段各有一组(3台)变比为6000/3／100/3／100/3的互感器，2)工艺为树脂浇注式半绝缘，一次中性点的耐受为3kV(出厂值)。

    3) 由于铁磁谐振而造成电压互感器被击穿，因为：被击穿的电压互感器所处的母线带的负荷呈感性的比较多，特别是Ⅲ、Ⅳ段，带有大容量的深井泵，在负荷分配上其感抗大于容抗，由于某种原因，而使系统电压波动(如深井泵频繁启停等)，使电路中电流和电压发生突变，可能导致电压互感器铁心迅速饱和、感抗减小，当感抗小于容抗时，将产生铁磁谐振，导致电压互感器激磁电流增大几十倍，而过电压幅值将达到近2.5Ue，甚至于达到3.5Ue以上，而且持续时间较长，电压互感器在这样大电压、大电流下运行，使本身的温度也迅速升高，导致损坏。根据上述的分析，为此组织QC小组对其原因进行分析，同时派人外出调研，调研结果表明：(1)应不存在产品质量问题，原因是该互感器在华东地区广泛采用，从收集的资料上看，该厂产品的业绩是良好的，虽然在某些地方也曾出现过一些问题，但象二滩电厂这样大量的损坏是没有的。(2)怀疑电压互感器二次负荷偏重导致PT损坏的理由也不成立，原因是该PT0.5级二次绕组额定容量为90VA，在1998年11月16日，测量了604PT二次侧星形接线负荷，在二次接线回路上施加100V的三相交流电源(停用备自投)，测得Ia=0.61A，Ib=1.05A，Ic=0.605A，测得星形接线负荷容量：Sa=35.2VA，Sb=60.6VA，Sc=35VA，PT总输出容量为105.6VA；次日，测量601PT二次侧星形接线负荷，在二次接线回路上施加100V的三相交流电源(停用备自投，有一块电度表未装)，测得Ia=0.4A，Ib=0.7A，Ic=0.4A，测得星形接线负荷容量：Sa=23.09VA，Sb=40.04VA，Sc=23.09VA，PT总输出容量为69.28VA。通过实际测量结果分析，除604PT有一相超出额定值外，其余均在额定值范围内，同时，按照PT的容量为一个数列，一般50VA就能满足使用，所以说90VA的容量应该是足够大的。因此，二滩大量的PT损坏原因应该为电磁谐振所致。

    3 铁磁谐振的几个特点

    1)对于铁磁谐振电路，在相同的电源电势作用下回路可能不只一种稳定的工作状态。电路到底稳定在哪种工作状态要看外界冲击引起的过渡过程的情况。

    2)PT的非线性铁磁特性是产生铁磁谐振的根本原因，但铁磁元件的饱和效应本身也限制了过电压的幅值。此外回路损耗也使谐振过电压受到阻尼和限制。当回路电阻大于一定的数值时，就不会出现强烈的铁磁谐振过电压。

    3)串联谐振电路来说，产生铁磁谐振过电压的的必要条件是ω0=1／L0C＜ω。因此铁磁谐振可在很大的范围内发生。

    4)维持谐振振荡和抵偿回路电阻损耗的能量均由工频电源供给。为使工频能量转化为其它谐振频率的能量，其转化过程必须是周期性且有节律的，即…1/2(1，2，3…)倍频率的谐振。

    5)铁磁谐振对PT的损坏。电磁谐振(分频)一般应具备如下三个条件。

    ①铁磁式电压互感器(PT)的非线性效应是产生铁磁谐振的主要原因。

    ②PT感抗为容抗的100倍以内，即参数匹配在谐振范围。

    ③要有激发条件，如PT突然合闸、单相接地突然消失、外界对系统的干扰或系统操作产生的过电压等。

    据试验分频谐振的电流为正常电流的240倍以上，工频谐振电流为正常电流的40～60倍左右，高频谐振电流更小。在这些谐振中，分频谐振的破坏最大，如果PT的绝缘良好，工频和高频一般不会危及设备的安全，而6kV系统存在上述条件。

    4 铁磁谐振的常用消除办法

    根据以上分析配电系统铁磁谐振的特性，就不难找到加以解决的办法。通常的解决办法有：

    1)PT一次的中性点加装阻尼电阻。该方法在已广泛采用，生产定型产品的厂家比较多，在实际运用中都取得了满意的效果。如西安电瓷厂生产的RXQ系列消谐器，该消谐器串接于PT一次绕组中性点与地之间，内部材料为大容量的非线性碳化硅电阻片及散热片等串联组装于瓷套内而成。其工作原理为：在低压下消谐器呈高电阻值(可达几百千欧)使谐振在起始阶段不易发展，单相接地时，消谐器上出现千余伏电压，它的非线性电阻下降，使其不影响接地保护的工作。

    2)在PT开口三角侧并联固定(或可变)阻尼，一些要求不太高的变电所或配电。