10kV电压互感器损坏原因分析及防范措施

王昊

【摘要】供配电室电压互感器由于铁磁谐振过电压造成的损坏时有发生。本文对一起供配电室10kV系统电压互感器损坏的事故进行分析，并提出在电压互感器一次侧中性点与地之间串接消谐电阻的对策来防止事故。

【关键词】电压互感器 谐振过电压 铁磁谐振 防范措施

1前言

在中性点非直接接地电力系统中，由于变压器、电压互感器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。由于此类谐振过电压频率远低于额定频率，铁心处于高度饱和状态，励磁电流增大，严重时将在电压互感器中出现过电流，甚至造成电压互感器爆裂。

2谐振过电压致使电压互感器损坏的事故

2.1故障现象

2009年4月19日15：24，钢轧空压站高压配电室内发出爆炸声，并将窗户玻璃震裂，值班人员到达配电室后发现10kVI段母线电压互感器柜门被炸开，电压互感器爆裂，且电压互感器高压侧熔断器熔断。

2.2事故原因分析

2.2.1铁磁谐振

铁磁谐振是由铁心电感元件，如发电机、变压器、电压互感器、电抗器、消弧线圈等和和系统的电容元件，如输电线路、电容补偿器等形成共谐条件，激发持续的铁磁谐振，使系统产生谐振过电压。

2.2.2铁磁谐振产生原因

电力系统中许多元件是属于电感性的或电容性的，如电力变压器、互感器、发电机、消弧线圈为电感元件，补偿用的并或串联电容器组、高压设备的寄生电容为电容元件，而线路各导线对地和导线间既存在纵向电感又存在横向电容，这些元件组成复杂的LC振荡回路，在一定的能源作用下，特定参数配合的回路就会出现谐振现象。由于铁芯电感的磁通和电流之间的非线性关系，电压升高导致铁芯电感饱和，极容易使电压互感器发生铁磁谐振。在中性点不接地系统中，如果不考虑线路的有功损耗和相间电容，仅考虑电压互感器电感L与线路的对地电容Co，当C大到一定值，且电压互感器不饱和时，感抗大于容抗。而当电压互感器上电压上升到一定数值时，电压互感器的铁芯饱和，感抗小于容抗，这样就构成了谐振条件，造成铁磁谐振。

2.2.3事故原因

事故发生时钢轧空压站配电室没有进行倒闸操作，且负荷运行稳定，电网频率没有变化，判定非所内故障造成电压互感器爆裂，应为10kV系统内线路发生单相弧光接地所致。（后发现同10kV系统中另一配电室有台高压电机单相弧光接地引起相间短路）。由于短路故障造成未接地的两相B、C相电压升高倍，对系统产生扰动，在这一瞬间电压突变过程中，电压互感器高压线圈的非接地两相的励磁电流就要突然增大，甚至饱和，饱和后的电压互感器励磁电感变小，此时若系统网络的对地电感与对地电容相匹配，就形成共振回路，激发各种铁磁谐振过电压。同时，感抗下降会使励磁回路严重饱和，励磁电流急剧加大，大大超过额定值，而电压互感器柜内所装设的二次消谐保护装置在大电流情况下，消谐电阻熔断，使得电压互感器二次侧线路造成短路。同时电压互感器在大电流运行状态下，自身的温度也迅速升高，在其中大量绝缘介质会受热气化，体积急速膨胀，当压强积累到一定程度时便产生了电压互感器炸裂。

3预防措施

根据铁磁谐振的发生条件和稳态特点，可从（1）改变电感电容参数以破坏谐振条件；（2）吸收与消耗谐振能量以抑制谐振的产生，或使其受阻尼而消失两个方面来消除铁磁谐振。由于更换防铁磁谐振性能的JSZFR-10G型电压互感器成本高，为了进一步挖潜增效，实现公司利益最大化，提出电压互感器一次侧中性点与地之间串接消谐电阻来实现阻尼与限流作用，可有效地抑制发生接地时电压互感器与故障回路引起的铁磁谐振，在一定程度上缓解电压互感器的损伤情况。

4结语

针对变配电所10kV系统电压互感器谐振过电压事故，分析了事故发生的原因，并结合实际工作经验对谐振过电压给出了具体防范对策：在电压互感器一次侧中性点与地之间串接消谐电阻。通过改造后的运行情况来看，效果良好，且简单易行，三年内没有出现同类事故，有效提高系统运行稳定性，提高供电安全性和可靠性。

参考文献：

[1]胡伟等.变电站10kV电压互感器损坏原因分析及防范对策.电工技术，2010年第5期.

[2]陆树东.电压互感器爆裂原因剖析及防范措施.电气时代，2008年第12期.

[3]刘春玲等.一起电力系统谐振事故分析.电力系统保护与控制，2010年第2期.

[4]陈晓东.10kV母线电压互感器炸裂的原因浅析.科技资讯，2009年第10期.