摘要：本文總結(jié)近年來(lái)中壓開關(guān)設(shè)備中PT柜運(yùn)行質(zhì)量事故，探討電壓互感器發(fā)生燒毀以及保護(hù)電壓互感器的熔斷器反復(fù)熔斷之原因。分析當(dāng)前電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)中成套產(chǎn)品的配置設(shè)計(jì)存在之缺陷，進(jìn)而提出消除事故隱患的改進(jìn)方案。
　　關(guān)鍵詞：電壓互感器；限流熔斷器；額定電壓因數(shù)；并聯(lián)／串聯(lián)諧振；消諧裝置
　　一．引言
　　在電力系統(tǒng)的變電站及配電網(wǎng)中，PT柜是不可缺少的功能單元，其主要組成為熔斷器和電壓互感器，是將電網(wǎng)的高電壓轉(zhuǎn)換成低電壓，用以提供繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置及測(cè)量表計(jì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自身的短路保護(hù)和絕緣監(jiān)察。它屬于連接在高壓母線上所有元器件(如發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路等)的共用電氣裝備。
　　近年來(lái)，很多電網(wǎng)工程的成套開關(guān)設(shè)備在調(diào)試、送電過(guò)程中，或者在已運(yùn)行過(guò)程中，時(shí)常發(fā)生PT柜內(nèi)電壓互感器燒毀以及熔斷器反復(fù)熔斷的現(xiàn)象。如杭州某電力公司110kV變電站的35kV系統(tǒng)發(fā)生PT柜燃燒、某220kV變電站的l0kV系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)PT柜內(nèi)電壓互感器燒毀現(xiàn)象，還有許多電網(wǎng)項(xiàng)目在通電運(yùn)行過(guò)程中保護(hù)電壓互感器用熔斷器出現(xiàn)多次熔斷現(xiàn)象。
　　二、原因歸納及分析
　　出現(xiàn)電壓互感器燒毀現(xiàn)象有一個(gè)共性：即所配的保護(hù)電壓互感器用熔斷器，其熔芯的額定電流皆為0．5A或1A，有的甚至是2A。而熔斷器反復(fù)熔斷現(xiàn)象也有一特點(diǎn)：即所配的保護(hù)電壓互感器用熔斷器，其熔芯的額定電流為0．2A，0．3A或0．5A。而電力系統(tǒng)的PT柜內(nèi)均未配置一次和二次消諧裝置。
　　針對(duì)事故發(fā)生的起因進(jìn)行綜合并加以歸納，主要有：(1)發(fā)生單相接地導(dǎo)致電壓互感器燒毀；(2)進(jìn)線開關(guān)的突然合閘、斷續(xù)弧光接地等引起電壓互感器本身的鐵磁諧振。導(dǎo)致電壓互感器損壞或使得保護(hù)電壓互感器的熔斷器反復(fù)熔斷；(3)保護(hù)電壓互感器用熔斷器的額定電流與電壓互感器的匹配存在缺陷。下面進(jìn)行逐一分析：
　　(一) 最高運(yùn)行電壓下的電壓互感器運(yùn)行時(shí)間要求
　　額定電壓因數(shù)是電壓互感器的主要參數(shù)之一。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB／T1207—2006《電壓互感器》中已明確說(shuō)明；額定電壓因數(shù)是與額定一次電壓標(biāo)準(zhǔn)值相乘的一個(gè)系數(shù)，以確保電壓互感器必須滿足規(guī)定時(shí)間內(nèi)的有關(guān)熱性能要求并滿足有關(guān)準(zhǔn)確級(jí)要求的最高電壓。并列出與各種接地條件相對(duì)應(yīng)的額定電壓因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值及在最高運(yùn)行電壓下的允許持續(xù)時(shí)間，見下表。
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　額定電壓因數(shù) 額定時(shí)間 一次繞組聯(lián)結(jié)方式和系統(tǒng)接地方式
　　1.2 連續(xù) 任一電網(wǎng)的相間
　　  任一電網(wǎng)中的變壓器中性點(diǎn)與地之間
　　1.2 連續(xù) 中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)中的相與地之間
　　1.5 30s 
　　1.2 連續(xù) 帶有自動(dòng)切除對(duì)地故障裝置的中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中的相與地之間
　　1.9 30s 
　　1.2 連續(xù) 無(wú)自動(dòng)切除對(duì)地故障的中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)或無(wú)自動(dòng)切除對(duì)地故障裝置的共振接地系統(tǒng)中的相與地之間
　　1.9 8h 
　　注：按制造廠與用戶協(xié)議，表中所列的額定時(shí)間允許縮短
　　
　　我國(guó)的3．6～40．5kV電網(wǎng)絕大多數(shù)是中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)，而標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定：“帶有自動(dòng)切除對(duì)地故障裝置的中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)的相與地之間，當(dāng)系統(tǒng)額定電壓因數(shù)達(dá)1．9時(shí)，應(yīng)在30s內(nèi)有效切除故障或斷開電壓互感器與系統(tǒng)的連接”。
　　中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地時(shí)，引起電壓互感器輸入端的兩相電壓達(dá)到額定電壓的1．9～2．1倍。由于電壓互感器的輸入端電壓升高，其磁通迅速達(dá)到飽和，使輸入端的電流里線性關(guān)系從而達(dá)到1．9～2．1倍。按照GB／T1207-2006要求必須由電力系統(tǒng)在30秒內(nèi)自動(dòng)解除，否則在單相接地情況下電網(wǎng)出現(xiàn)微小波動(dòng)時(shí)。電壓互感器就可能被燒毀。然而根據(jù)電力系統(tǒng)的《運(yùn)行規(guī)則》規(guī)定，電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)允許2小時(shí)內(nèi)繼續(xù)運(yùn)行。從而出現(xiàn)電網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于沒(méi)有配置自動(dòng)切除故障裝置，導(dǎo)致電壓互感器燒毀的現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生。
　　(二)系統(tǒng)中電壓互感器的鐵磁諧振現(xiàn)象
　　我國(guó)3．6～40．5kV的輸、配電電網(wǎng)基本上都是中性點(diǎn)不接地或中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，與電網(wǎng)并聯(lián)的PT同路大部分采用電磁式接地電壓互感器。其一次繞組作星形連接，中性點(diǎn)直接接地。這樣，每相的一次線圈和每相線路對(duì)地的電容組成并聯(lián)諧振同路，如圖l所示。若每相對(duì)地電容相等，則各相總導(dǎo)納大小相等，電網(wǎng)中性點(diǎn)的零序電壓為零。各相的總復(fù)導(dǎo)納為：
　　
　　正常運(yùn)行情況下，電壓互感器的勵(lì)磁阻抗非常大，由公式可知：對(duì)于總導(dǎo)納的電納部分，感納小于容納，故每相電路顯容性。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)沖擊波動(dòng)的非正常情況時(shí)，如空載母線合閘而導(dǎo)致電壓互感器的一相或兩相勵(lì)磁電感降低，感性電流增大，又如單相斷續(xù)電弧接地瞬間，其余完好的兩相電壓瞬時(shí)并振蕩升高，產(chǎn)生很大的涌流，這就勢(shì)必出現(xiàn)一相或兩相電路顯感性而另兩相或一相電路顯容性，電網(wǎng)中性點(diǎn)出現(xiàn)零序電壓，電壓互感器中出現(xiàn)零序電流，三相電路組成串聯(lián)諧振回路，等效電路如圖2所示。
　　可見，只要電網(wǎng)出現(xiàn)沖擊波動(dòng)，使得電路中的參數(shù)變化滿足一定條件(諧振條件)時(shí)，就可能發(fā)生電壓互感器一相電路的并聯(lián)諧振、或三相電路組成的零序回路串聯(lián)諧振，即所謂的鐵磁諧振。電壓互感器發(fā)生鐵磁諧振時(shí)，其勵(lì)磁電流迅速增大引起鐵芯飽和，產(chǎn)生飽和過(guò)電壓，增大的勵(lì)磁電流以及產(chǎn)生的過(guò)電壓都將造成電壓互感器的嚴(yán)重?fù)p壞。
　　由于電壓互感器的參數(shù)不同、特別是電網(wǎng)線路對(duì)地電容的不同，電壓互感器的鐵磁諧振通常主要為基波共振和分頻諧波共振�；�波共振的特點(diǎn)是對(duì)應(yīng)相的電壓、電流都升高，但電壓升高的坡度較大而電流升高的坡度不大，這種現(xiàn)象就會(huì)導(dǎo)致PT柜中的電壓互感器內(nèi)部絕緣破壞而燒毀；而分頻諧波共振的特點(diǎn)是各相電壓、電流都升高。但電壓升高坡度不大而電流升高坡度很大，一次電流達(dá)到電壓互感器正常額定電流的40～80倍，有時(shí)甚至上百倍，這種現(xiàn)致就會(huì)導(dǎo)致PT柜中的電壓互感器繞組發(fā)熱，溫度急劇升高而引起爆炸，或者導(dǎo)致高壓主熔斷器的熔芯反復(fù)熔斷。
　　
　　圖1圖l電壓互感器的并聯(lián)諧振回路
　　
　　
　　圖2電壓互感器的串聯(lián)諧振回路
　　(三)保護(hù)電壓互感器運(yùn)行的熔斷器配置要求
　　標(biāo)準(zhǔn)GB／T15166．2—2008《交流高壓熔斷器第二部分：限流式熔斷器》的附錄C“使用導(dǎo)則”中，<保護(hù)電壓互感器熔斷器的選擇>已明確：保護(hù)電壓互感器的熔斷器主要用來(lái)作為隔離裝置，將故障的電壓互感器從電力系統(tǒng)中隔離出來(lái)。因此熔斷器不能確保電壓互感器本身不被損壞，而這些熔斷器的選擇只限于它能承受電壓互感器的勵(lì)磁沖擊電流。依據(jù)這一使用導(dǎo)則，通常成套生產(chǎn)廠及設(shè)計(jì)部門在選用PT柜中保護(hù)電壓互感器的熔斷器時(shí)，不論其額定輸出大小如何，熔芯的額定電流皆選擇0．5A或1A。這種熔斷器的選型配置僅能在互感器本身短路故障時(shí)起到熔斷隔離作用，但不能滿足因電壓因數(shù)升高、鐵磁諧振等現(xiàn)象而有效保護(hù)電壓互感器的要求。
　　1．首先分析。我國(guó)3．6～40．5kV的電力系統(tǒng)，中性點(diǎn)為非有效接地，其成套開關(guān)設(shè)備的PT柜中，通常配置的電壓互感器大多數(shù)為電磁式接地電壓互感器。
　　如JDZ-IO型，額定電壓比：10000／√3／100／√3／100／3，以額定輸出容量為：50VA、100VA、200VA、400VA等為例．計(jì)算出各種情況下的一次側(cè)電流值：
　　電壓互感器 正常運(yùn)行時(shí) 非正常運(yùn)行時(shí)
　　額定輸出（VA） 一次側(cè)額定電流（A） 二次側(cè)短路時(shí)的一次側(cè)電流（A） 額定電壓因數(shù)為1.9時(shí)的次側(cè)電流（A） 諧振時(shí)一次側(cè)過(guò)電流（A）取80倍
　　50ＶＡ 0.0087 1.45 0.023 0.696
　　100ＶＡ 0.0174 2.9 0.039 1.392
　　200ＶＡ 0.346 5.77 0.072 2.768
　　400ＶＡ 0.0693 11.55 0.138 5.544
　　
　　注：電壓且感器的阻抗值取Ud=0．6％：電壓因數(shù)為1．9時(shí)互感器的勵(lì)磁電流取IP=0．0025A、IQ=0．0065A。
　　綜合可以看出，美同Bussmann公司生產(chǎn)的15．5CAVH型保護(hù)電壓互感器用限流型熔斷器比較接近電壓互感器在非正常運(yùn)行時(shí)的保護(hù)要求。
　　三、解決方案
　　通過(guò)以上分析可知，發(fā)生PT柜內(nèi)電壓互感器燒毀以及熔斷器反復(fù)熔斷的現(xiàn)象之根本原因。其中，最主要解決的問(wèn)題是電壓互感器可能發(fā)生的鐵磁諧振以及保護(hù)電壓互感器用熔斷器的選擇。
　　熔斷器的額定電流 弧前時(shí)間（s）
　　 預(yù)期電流1A 預(yù)期電流2A 預(yù)期電流5A
　　 XRNP□-12 15.5CAVH XRNP□-12 15.5CAVH XRNP□-12 15.5CAVH
　　0.2A 6 / 0.08 / 0.08 /
　　0.5A 不保護(hù) 60 250 0.016 0.08 0.002
　　1A 不保護(hù) 不保護(hù) 不保護(hù) 500 1 0.008
　　2A 不保護(hù) 不保護(hù) 不保護(hù) 不保護(hù) 30 0.6
　　
　�。ㄒ唬� 限制或消除電壓互感器的鐵磁諧振
　　采用的方法是一次消諧加二次消諧，一次消諧就是在電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)與地之間安裝一接地電壓互感器，能很好地抑制甚至消除電壓互感器一次繞組中的過(guò)電壓。限制鐵磁諧振的產(chǎn)生，從而避免互感器的燒毀以及主熔斷器的反復(fù)熔斷。二次消諧就是在電壓互感器的剩余繞組開口三角處安裝消諧裝置，即二次消諧器XZ。目前使用比較流行的是微機(jī)消諧裝置，它的工作原理方式是當(dāng)諧振將要產(chǎn)生時(shí)瞬間接通阻抗回路，能較好地消除鐵磁諧振的發(fā)生。
　　(二) 選用合適的保護(hù)電壓互感器用熔斷器
　　目前我國(guó)制造廠生產(chǎn)的保護(hù)電壓互感器用P型限流型熔斷器，額定電流分別有0．2A、0．3A、0．5A、1A、2A等規(guī)格。從以上的電壓互感器一次側(cè)過(guò)電流計(jì)算以及與熔斷器的時(shí)間電流特性對(duì)照，我們可以得出：額定電壓l0kV電網(wǎng)中，采用國(guó)產(chǎn)的XRNP□一12型熔斷器，應(yīng)選擇額定電流為0．2A，才是比較符合保護(hù)電壓互感器在非正常運(yùn)行時(shí)不致?lián)p壞。
　　另外，國(guó)內(nèi)應(yīng)大力研究開發(fā)專用熔斷器，使其時(shí)間電流特性更能接近滿足標(biāo)準(zhǔn)GB／T1207—2006要求。以保證PT柜中主熔斷器能在電網(wǎng)不同的電壓因數(shù)下合理運(yùn)行并有效保護(hù)電壓互感器。
　　四、結(jié)束語(yǔ)
　　選用合適的保護(hù)電壓互感器的熔斷器，就能有效避免電壓互感器的燒毀，建議采用額定電流為0．2A的XRNP□型；PT柜內(nèi)加裝一次消諧和二次消諧，消除或限制鐵磁諧振，避免熔斷器的反復(fù)熔斷�？傊�，兩者兼顧應(yīng)用，同時(shí)考慮配置自動(dòng)切除對(duì)地故障裝置，才能在很大程度上解決PT柜的運(yùn)行質(zhì)量事故。