根據電力行業標準DL/T448-2000《電能計量裝置技術管理規程》要求，lOkV中性點絕緣電力系統的高壓電能計量裝置應采用三相二元件計量方式，通常采用高壓計量柜（或計量箱）。整套計量裝置包括兩只電壓互感器(PT)、兩只電流互感器(CT)和一套三相三線的電能表，Pr采用v/v接線。由于經濟飛速發展，企業用電負荷不斷增加，至2005年東莞電網有315kV -A以上的專用變壓器用戶35000多戶，許多用戶終端裝有1～3臺或多臺計量柜（見圖1典型一次結線圖）。因負荷重，密度大，負荷種類繁雜，用電特性多樣，10kV用戶高壓計量PT經常發生熔斷器熔斷或燒毀，造成計量表計失壓而少計電量。若故障處理不及時，對供、用電雙方都會造成一定損失，影響線損計算的同時，影響供電服務水平，所以加強高壓計量監管，保證設備安全可靠運行對正確計量有著非常重要的意義。
PT一般經隔離開關和高壓熔斷器揍人高壓電網。在110kV及以上的系統中．由于相應的Pr采用單相串級絕緣，絕緣裕度大，并且系統多為中性點直接接地，每相設備不能長期承受線電壓，也不允許接地，所以110kV及以上系統中的PT一次側經過隔離開關直接與電網相連；在35kV及以下配電系統多為中性點不接地系統，由于結構簡單，易于維護檢修，既經濟又能滿足可靠性要求，所以高壓限流熔斷器常被安裝在PT之前作為過載和短路保護之用。當PT內部故障或與電網連接線發生短路時，高壓熔斷器熔斷，切斷故障點或將PT與故障源隔離，從而縮小故障范圍，保護設備的安全。
2、造成高壓PT故障的原因分析
在正常運行中．PT的內部故障的機率很小。從故障情況數據統計來看，不接地PT故障主要有下面幾個原因。
2.1諧振過電壓引起PT故障
根據電力行業標準DL/T448-2000《電能計量裝置技術管理規程》要求，中性點絕緣電力系統的高壓電能計量裝置應采用三相二元件計量方式，需要采集A-B相和C-B相的電壓。東莞一直采用專用的電能計量柜和高壓電力計量箱．裝置中都安裝專用的不接地電壓互感器。正常運行的不接地電壓互感器的一次繞組始終連接在相間，一次回路由高壓電源供電，系統的內阻幾乎為零。運行在這樣條件下的電壓互感器是不可能發生并聯諧振的．但是電壓互感器在安裝時和線路停運后會有線路投切操作，在開關動作瞬間只要條件合適就有可能發生串聯諧振。多數情況是當高壓開關不同期合閘時，例如用跌落式保險進行線路合閘操作時，某一時刻會發生單相合閘狀態，合上的線路經由高壓開關、電壓互感器高壓繞組一端．再經由高壓繞組另一端到另外二相接線對地電容，再經另外二相線路對地電容，繞過沒有閉合的開關觸頭形成串聯諧振回路。諧振回路的激勵源是10kV高壓電源、回路的諧振電感是電壓互感器的一次繞組勵磁電抗，回路的諧振電容是一次導線部分對地電容與設備對地電容的串聯值，如圖2所示。通過Y-A電路變換，圖2電路可以用圖3 (a)等效，再通過等效電源定理變換，得到圖3 (b)的等效電路。圖3(b)的電路是一個典型的串聯諧振電路，當參數合適，可以發生基頻諧振。由于激勵電壓為系統電壓，本身幅值就很高，回路的Q值也相當高，互感器繞組承受的電壓遠遠超過絕緣耐壓和感應耐壓，很容易造成繞組層閫損壞和熔絲熔斷。
2.2低頻飽和電流可引起flr一次熔絲熔斷
當系統發生單相弧光接地時，未接地相的電壓升高到線電壓。故障點會以接地點為通路，在電源—導線一大地間流過電容電流。由于PT的勵磁阻抗很大，其流過的電流很小。一旦故障消失，電流通路被切斷，此時三相對地電容（零序電容）中儲存的電荷將對三相PT高壓繞組電感放電，相當于一個直流電源作用在一個帶鐵心的電感線圈上，構成低頻振蕩電壓分量。在這一瞬變過程中，PT高壓繞組中流過一個幅值很高的低頻飽和電流，使鐵心嚴重飽和。低頻飽和電流在單相接地消失后1/4—1/2工頻周期內出現，幅值可遠大于分頻諧振電流（分頻諧振電流約為額定勵磁電流的百倍以上），頻率2—5Hz。由于具有幅值高、作用時間短的特點，在單相接地消失后的半個周期即可熔斷熔絲。
實際上，由于接地電弧熄滅的時刻不同，即初始相位角不同，故障的切除不一定都在非接地相電壓達最大值這一嚴重情況下發生。因此，并非每次單相接地故障消失時，都會在高壓繞組中產生大的涌流。而且低頻飽和電流的大小，還與PT伏安特性有很大關系，鐵心越容易飽和，該飽和電流就越大，高壓熔絲就越易熔斷。
2.3 PT二次繞組絕緣降低可引起熔絲熔斷
vr絕緣擊穿，使互感器產生短路匝，造成鐵心飽和，阻抗大幅下降，從而使一次電流大幅上升。造成電壓互感器匝間或層間絕緣不良的一個原因是漆包線的質量不好，漆膜有缺陷，或者漆膜耐受制造與運行工況的能力差。例如一些型漆包線用到了油浸絕緣互感器，長期的浸泡使漆膜脫落。一些絕緣耐熱差的漆包線，例如絕緣等級E級的漆包線用于環氧樹脂澆注產品，樹脂澆注過程中的溫度可能高達150c，而E級絕緣只能承受115℃，部分漆膜在澆注過程中被破壞，造成絕緣隱患．即使通過出廠試驗，也容易在運行中損壞。
2.4雷云閃電時，發生線路落雷，導致PT多相高壓熔絲熔斷
10～35kV架空線路，在空曠的野外，沒有架空地線，三相導線暴露在空中。在雷云電荷的作用下，三相導線都感應相同數量的束縛電荷。當雷云放電，三相導線上的束縛電荷向線路兩側運動，對變電站、變壓器形成侵入渡。此侵入波的電壓并不高，熔絲熔斷是發熱的結果。只有電流的幅值高且侵入波持續時間長時，才會使高壓熔絲熔斷。而同時具備此兩種條件的機會不大。故因雷擊引起高壓Pr熔絲熔斷仍是小概率事件。
2.5二次繞組短路
PT二次繞組發生短路或輕微短路時，會造成電流過大。如果二次保險選配合適的情況下．易引起二次保險熔斷。如果二次保險選配不合適，將引起二次Pr電流迅速增大，熱量急聚增加，從而引起爆炸事故。
電壓互感表面濕度過大或有灰塵及其它原因引起系統有放電或閃絡現象，將產生高電壓，互感器鐵心飽和，激磁電流急劇增加，進而引起事故。
綜合分析東莞計量PT故障情況，PT損壞故障占很少比例．90%以上故障表現為熔斷器熔斷，在更換熔斷器處理后裝置正常運行。通過對運行環境、電網結構及故障特點等分析，可以認為接地故障、二次短路等屬于系統的隨機的小概率事件，不可預防。而電源諧振才是造成熔斷器熔斷的主要原因，需要重點采取措施加以預防和改善。
3、防止諧振的措施及利弊分析
不接地電壓互感器故障主要由電源諧振造成，電源諧振產生的故障電壓不是lOkV等級的電壓互感器可以耐受的，因此只能采取消除諧振的措施。
(l)改變電感、電容的參數，使其不易激發引起諧振：可通過降低鐵心磁通密度或增大負載容量來改變勵磁特性。但這里有一個矛盾，就是對鐵心磁通密度的選擇．不僅要考慮使其滿足接地過電壓的要求，還要使其在額定電壓下和接地過電壓下的電感值最小，這樣就使諧振區域縮小并前移，需要更大的激發才會產生諧振。在材料選擇上二者是矛盾的，設計時需取得平衡。
(2)消耗諧振能量、增大系統阻尼，抑制或消除諧振的發生：在母線上接入一定大小的電容器，使容抗(xc)與感抗（X1）的比值小于0.01可避免諧振。有兩個途徑：采用加大線路長度、用電纜代替架空線路、在10KV以下系統裝設一組單相對地電容器等方法，以減小X。值。DUT620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合）中也有“減少同一系統中Pr中性點接地的數量，除電源側PT由高壓繞組中性點接地外，其它PT中性點盡量不接地”，這是為了增大XL值。但新問題是，隨著Xc]XL的減小，系統在單相接地故障消除后所產生的過電流的直流分量也逐漸增大。當x/xl,《o．01時，過電流可達上百倍．足以使PT高壓側的0.5A的熔斷器熔斷甚至燒毀vr。。值越小，過電流就越嚴重。有人提出接實際過電壓倍數來降低PT磁通密度，這是行不通的，一是體積過大（是正常互感器的3-5倍），二是導致無限減小，更容易燒毀熔絲。
(3)在電力系統設計方面采取不同的接地方式或運行時采取臨時倒閘措施，因其需進行條統性的綜合考慮，實施起來比較復雜。
(4)在同一個10kV配電系統中，應盡量減少PT的臺數。同一電網中，并聯運行的PT臺數越多，總的伏安特性會變得越差，總體等值感抗也越小，如電網中電容電流較大，則容易發生諧振，所以應盡量減少vr的臺數。
4、采取的改進措施及效果
因不同消諧措施有其局限性，只能消除特定情況下的諧振。東莞局結合電網的實際情況，在不改變配網運行方式的情況下綜合治理，采取了如下方法。
(1)針對某生產廠家因鐵磁諧振致Pr燒毀事件頻繁的情況，要求廠家做出改進，降低PT鐵心的磁通密度，提高抗諧振能力。
(2)將PT保護熔斷器額定電流從0.5A改用2A，增大熔斷器的通流容量能力。
(3)對專變用戶的計量方式進行了改進，從原來的500kV．A及以上的變壓器分臺計量，改為凡總容量大于600kV-A的用戶均采用lOkV進線總計量。一方面減少了同一條10kV配電線路中并聯的PT的臺數，有效減少鐵磁諧振的發生。另一方面減少了小型變壓器臺數，減少了計
量維護點。
(4)規定將Pr容量從原來的10~25V·A提升到40V-A以上（不改變體積情況下），使PT勵磁特性、伏安特性均有大幅改善，有效降低鐵磁諧振發生時的諧振電流和低頻飽和電流。
經過逐步改造．我局計量裝置的運行質量得到大大提高Pr的故障率從改造前的約4.5%迅速下降。2007年在運行PT共12222只，全年故障（含燒保險）共22起，故障率0.18%。2008年在運行PT共13968只，故障（含燒保險）21單，故障率0.15%。故障率均已降低到0.2%以下，效果非常明顯。
5、總結
系統結構的復雜性和運行方式的靈活性，使運行參數也具有隨機性。導致PT熔斷器熔斷的原因也多種多樣，采用單一方法因局限性難以有效降低故障率。只有綜合分析，依具體情況同時采用幾種措施才能奏效。筆者認為應首先從運行方式、設備選用和操作上防止諧振發生，盡量采取簡單而實用的措施加以解決。
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