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电压互感器爆裂原因剖析及防范措施

电压互感器爆裂原因剖析及防范措施

电压互感器爆裂原因剖析及防范措施，在6～35 kV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　电压互感器爆裂原因剖析及防范措施，故障现象及相关数据
　　6 kV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6 kV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**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��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。

　　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）变比为的互感器，2）工艺为树指浇注式半绝缘，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90 VA，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＝0．61 A，Ib＝1．05 A，Ic＝0．605 A，测得星形接线负荷容量：Sa＝35．2 VA，Sb＝60．6 VA，Sc＝35VA，PT总输出容量为105．6 VA；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＝0．4 A，Ib＝0．7 A，Ic＝0．4 A，测得星形接线负荷容量：Sa＝23．09 VA，Sb＝40．04 VA，Sc＝23．09VA，PT总输出容量为69．28 VA。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90 VA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　电压互感器爆裂原因剖析及防范措施，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*大，如果PT的绝缘良好，工频和高频一般不会危及设备的**，而6 kV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系统常在PT开口三角处并联电灯泡或电炉丝。其缺点是：电灯泡或电炉丝易损坏，当其损坏后将不会有消谐作用；当系统发生单相接地时，在开口三角侧将产生100 V的电压，而由于电灯泡或电炉丝的冷态电阻是较小的，这将在PT开口三角侧流过较大的电流引起PT损坏。
　　针对这些办法的不足，一些厂家相继开发生产出了一些较**的产品。如云南昆明灯泡厂生产的FXG系列消谐器，该系列消谐器主要用于35 kV及以下中性点不接地的电力系统铁磁谐振的抑制，该装置接于电压互感器的开口三角绕组，当发生谐振时，装置的鉴频系统自动投入“消谐电阻”吸收谐振能量，消除铁磁谐振。其工作原理为：该消谐器主要用于消除分频谐振。它由鉴频环节和消谐环节组成。鉴频环节由电抗器、电容器、继电器构成的串联谐振回路组成。设计谐振为25周波。当电压在25周波下达到动作值时，继电器动作投入互感器开口三角的电阻进行消谐。消谐环节的主要元件为消谐管，该管是专为消谐器设计制造的，具有特异电阻的真空元件。
　　该消谐器属低智能产品。相应的**产品如河北保定浪拜迪公司的消谐器，辽宁铁岭市智能研究所生产的消谐器。它们的工作原理与FXG系列消谐器基本相似。
　　3）在PT开口三角侧并联直流电容器。
　　该种形式消谐器的成型产品不多，在国内使用的地方也不广。但该形式消谐器为“零序谐振”的消除提供了新思路。
　　5　采用的方法及结果
　　6kVPT的改造措施为：在PT一次中性点处加装消谐器。
　　型号　　　　　　RXQ6～10kV；
　　非线性系数 0．5～0．6；
　　直流残压 1．45～1．75（15mA）；

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