电磁式电压互感器的熔丝熔断与烧毁现象

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：在中性点不接地电网中,电磁式电压互感器烧毁及熔丝熔断的问题,多年来一直受到人们的普遍重视。研究表明,配电变压器高压绕组接地引起的谐振过电压,其幅值高、作用时间长,除能引起配电变压器的烧损外,往往造成电压互感器高压熔丝熔断,或互感器烧损事故。当电压值超过电压互感器励磁特性曲线的拐点时,该电压互感器的励磁电流就骤然增大,导致电压互感器熔丝熔断。

在中性点不接地电网中,电磁式电压互感器烧毁及熔丝熔断的问题,多年来一直受到人们的普遍重视。我国从50年代就开始研究其机理和限制措施,取得一些经验,促进了电网的安全运行。本节将根据我国近几年来的研究结果加以分析。

(一) 电压互感器熔丝熔断的原因

根据研究,可以把电压互感器熔丝熔断的原因概括为两类:一类是非谐振引起的;另一类是由于谐振引起的。它们都会在互感器中产生过电流导致熔丝熔断。

1.非谐振熔断熔丝

(1)单相接地瞬间电压互感器高压熔丝熔断。假定有数台Y 接线的中性点接地电压互感器,可以用一个等值的电压互感器表示,如图2-52 (a)所示。

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图2-52　单相接地示意图

(a)接线图;(b)波形图

令系统三相对地电压的标么值为

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当A 相接地,e′A=0,B、C相对地电压变为

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以B 相为例,故障前B 相电压由零经半周到下一个电压为零,B相磁通由最大值+1变到最大值-1。这时磁链变化为2。

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这意味着电压互感器的磁链由最大值-1变到最大值+2.73,因此t=t3时,B 相电压互感器铁芯的磁通为+2.73,使电压互感器铁芯过饱和,励磁电流急剧增加,导致高压侧熔丝熔断。

(2)单相接地消失瞬间电压互感器高压熔丝熔断。如果系统很大,这时系统对地容抗较小,可以用图2-53表示该系统的等值电路。

设系统在eA=Uxm,eB=eC=0.5Uxm瞬间发生A 相单相接地,接地瞬间B、C相上总的电荷为

式中 C0——每相对地电容。

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图2-53　系统等值电路

(a)三相等值电路;(b)单相等值电路

如果就在这一瞬间A 相对地电弧熄灭,电源中性点对地有一直流分量零序电压U0(https://www.chuimin.cn)

每相对地电荷为Q

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设正常运行时流过电压互感器的电流为iL,且为

式中 ω——电源频率;

ωL——电压互感器励磁感抗。

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电压互感器励磁电流为　mA 级,系统对地电容电流为A 级,因而可粗略估算

即

由以上粗略估计可知,放电电流达电压互感器励磁电流的32倍,如此大的电流将使电压互感器铁芯饱和。在三相正序电压作用下,导致高压熔丝熔断,这种不属于谐波谐振引起的高压熔丝熔断,在电压互感器开口三角绕组并联电阻的措施是不起作用的。

有关文献对电压互感器在单相接地消失后暂态进行了更详尽的数学分析,认为单相接地消失后,电压互感器一次绕组电压有一个极低频率的自由分量,促使电压互感器饱和,在绕组中产生较大的饱和电流——低频饱和电流。它在单相接地消失后工频时间内出现,电流幅值大于分频谐振电流,频率约为2～5 Hz。由于低频饱和电流具有幅值高、作用时间短等特点,在单相接地消失后的半个周波即可熔断熔丝。然而,由于实际应用中部分消谐装置的动作响应往往带有几个周波的时延,因此装置动作响应与低频饱和电流的作用时间两者的配合是极不相适应的。另外,电压互感器开口三角绕组有漏抗电阻,其值大约为0.6～1.5Ω;电压互感器在低频下的耦合效果相应较差,诸如此类一些因素的影响,即使是开口三角绕组接了一个阻值很小的电阻,这样依靠耦合关系来抑制电压互感器一次电流的作用是有限的。因此,建议在电压互感器中性点装电阻来抑制低频饱和电流,在JDZJ—10上的试验结果是R0＞2kΩ 即能起到抑制分频谐振的作用。

2.谐振熔断熔丝

(1)电磁式电压互感器铁芯饱和引起的铁磁谐振过电压。由上所述,在中性点不接地系统中,当系统单相接地消失后,有可能使系统对地电容与电压互感器高压侧电感在相匹配的情况下,发生铁磁谐振,铁磁谐振中的高次谐波谐振,其电流较小,不足使熔丝熔断,而基波和分次谐波谐振时,其电流较大,在一定条件下会导致熔丝熔断。

(2)配电变压器高压绕组接地引起的谐振过电压。研究表明,配电变压器高压绕组接地引起的谐振过电压,其幅值高、作用时间长,除能引起配电变压器的烧损外,往往造成电压互感器高压熔丝熔断,或互感器烧损事故。这是因为当配电变压器单相接地谐振过电压形成后,因电网的电源中性点不接地,电源A、B、C 三相的线电压值不变,但电网中性点将发生位移,非故障相对地电位升高。变电所内的10kV母线电压互感器为监视电网是否发生单相接地,三个单相电压互感器的中性点联结以后,再经闸刀接地或直接接地,因此,加在电压互感器相绕组上的电压值因产生谐振过电压而升高。当电压值超过电压互感器励磁特性曲线的拐点时,该电压互感器的励磁电流就骤然增大,导致电压互感器熔丝熔断。若配电变压器的单相接地谐振过电压进一步发展成电压互感器的饱和过电压,此时电网过电压就变得更为复杂。电网中性点位移产生的畸变更为严重时,会越出相量图的电压三角形之外(参见本节三),母线对地电压升高,不仅单相,就是两相或三相都有可能升高,由此,还能迅速发展成为10kV母线短路。

(3)断线谐振过电压。中性点不接地电网发生断线,往往容易引起基波铁磁谐振过电压,使各相电压升高,导致电压互感器铁芯饱和,励磁电流增大,熔丝熔断。

(二) 电压互感器烧毁的原因

电磁式电压互感器烧毁的根本原因是过电流,而过电流又往往起因于过电压。几种谐振过电压及其在电压互感器中产生过电流的原因已在本节三、四中叙述,这里着重指出两点:

(1)35kV电网中谐振回路的组成,电感元件基本上是电压互感器自身,而在10kV及以下的电网中,小容量的配电变压器也是谐振的电感元件。

(2)防止电压互感器在谐振过电压下的烧损,根本的措施是改善其励磁特性。辅助措施是:对35kV电网宜采用在电压互感器开口三角绕组回路投入阻尼的方法;对10kV及以下的电网,宜在电压互感器的中性点接入零序电压互感器或阻尼电阻。

电磁式电压互感器的熔丝熔断与烧毁现象

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