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摘要： 在10kV、35kV中性点不接地系统中，用于保护电磁式电压互感器的熔断器经常由于系统单相接地故障引发熔丝熔断，严重时甚至烧毁电压互感器。本文主要对电磁式电压互感器高压熔断器熔断现象产生原因进行理论分析和试验研究，找出电磁式电压互感器高压熔断器熔断的具体原因，最后根据事故原因分析，提出相应的抑制措施。

关键词： 中性点非有效接地系统；单相接地故障；高压熔断器；电磁式电压互感器

1引言

在35kV及35kV以下的中性点不接地系统中，母线上装有电磁式电压互感器，当单相接地故障恢复后，电容释放的电流会引起的电磁式电压互器高压熔断器熔断。在中性点不接地系统中，当系统的电容电流较大时，在单相接地恢复的瞬间，容易发生电压互感器一次高压熔断器熔断事故，这样就会影响电费的计量，造成很大的损失，严重时甚至烧毁电压互感器PT[1]。为保证电力系统的正常运行，电磁式电压互感器高压熔断器熔断的研究就显得非常重要[2]。

目前，常用的更换电磁式电压互感器高压熔断器的方法虽是一时之计，但这除了麻烦外，对防止电磁式电压互感器一次侧熔断高压熔断器不起根本作用。寻找针对该问题的理想解决办法是一条必走之路[3]。

2  电磁式电压互感器高压熔断器熔断原因分析

本文针对110kV某某变电站10kV 1M 51PT 三相电压熔断器自2020年1月以来多次发生多次熔断。主要针对4月22日：10kV F19青云西线零序1段保护动作，重合成功，10kV 1M 51PT 三相熔断器熔断，并将开始展开分析。

2.1 事故经过

2020年04月22日05时50分，巡维中心接调度电话，110kV 某某变电站10kV IM母线接地报警，10kV F19青云西线零序电流1段保护动作，重合闸动作，重合成功，10kV 1M 51PT 三相电压显示降低为0。到达现场经量取保护、计量二次侧电压均为0，停电后量取三相熔断器不通，确定为10kV 1M 51PT 三相电压熔断器熔断。

2.2 现场高压试验分析与验证

4月22日，针对10kV IM 51PT高压保险本次熔断进行现场检查。

（1）对 51PT进行高压试验，绝缘电阻测试、直流电阻测试、变比测试、交流耐压测试均符合规程要求，试验结果合格，该电压互感器一次试验正常。

（2）对10kV 高压熔断器进行检查：

烧断的A、B、C高压熔断器：用万用表量取电阻为无穷大，外观检查正常。该熔断器为户内使用的电压互感器保护用高压限流熔断器，正常熔断器电阻为10Ω，熔断器开断电流为：0.5A，该类熔管采用石英砂填充，开断电流满足实际运行的需要，能够及时限制短路电流。该类型的高压熔断器本身质量良好。

（3）保护装置保护动作行为分析

（4）录波装置录波情况分析

10kV I M母线电压【熔断时】：

故障时刻录波：

3U0约05：47.630毫秒出现，约05：47.742毫秒A相无压，约05：47.830毫秒B相无压，约05：47.920毫秒C相无压，同时3U0消失。

保护动作情况分析：

05：47：57：639；10kV#1母线接地，随后10kV #1母线保护电压失电。111ms后，10kV F19青云西线519开关保护动作，零序过流保护动作电流0.643A，8秒后重合闸动作，动作成功，保护动作正确。

10kV运行方式为分列运行时，量取51PT开口三角二次电压为0.2V；量取52PT开口三角二次电压为0.1V。在并列运行方式时，量取52PT 开口三角电压为0.2V，由此可知，在正常运行时，开口三角电压无异常。

3.电磁式电压互感器高压熔断器熔断理论分析

正常运行时，系统对地阻抗呈容性，三相电压基本平衡，中性点位移很小，三相矢量和为0。但是当10kV系统发生单相接地时，非故障相电压上升至线电压，夹角由120°变成60°，非故障线路的零序电流超前零序电压90°，故障线路的零序电流滞后零序电压90°，非故障线路零序电流与故障线路零序电流相位差180°。故障点流过电容电流为非故障相的电容电流之和，合成电流增大3倍，为3UwC，向量图如上图所示。

由于电压互感器自带铁芯，当调度分合开关改变某线路运行状态，或者系统发生异常故障，造成电压互感器的非线性饱和，从而导致电压互感器励磁电感的改变，电压互感器励磁电感与邻近的导线及导线的对地电容形成振荡回路。电感元件的电感和电容元件的电容参数决定了回路中的谐振频率，频率改变可能会造成系统不间断、幅值较高的铁磁谐振振荡，产生的暂态冲击电流和谐振过电压造成PT熔断器的熔断。

110kV某某变电站10kV 1M系统共有10条馈线架空线路及电缆，根据系统部提供的线路、电缆、主变等设备型号、参数可知，110kV主变中压侧对地电容取值为467pF，10kV主变高压侧对地电容取值为567pF，全系统变压器单相对地电容CT∑为0.03202×10-7F。通过等效参数计算可知系统电容电流已超过馈线零序电流保护动作值，零序电流保护动作，动作逻辑正常。

以某某变电站三相并联零序电抗与对地电容参数及系统电感参数开展仿真计算，流经PT的振荡电流为：

R、L分别为PT损耗电阻和饱和电感，C0为每相对地电容，U为电弧熄灭时刻的电容电压，J为等值灵虚回路电流。代入后可得：

经计算：流经PT的低频振荡电流频率约为1.88赫兹，电流最大值可达0.674A。

综上所述，系统单相弧光接地时，电压互感器励磁电感变化，三相回路中对地电容和PT一次感抗可形成低频谐振电路，由于是中性点不接地电网，电荷通过高压绕组及原故障接地点形成回路，低频振荡最大电流0.674A超过PT熔断器的熔断电流0.5A，造成熔断器熔断。

4 整改意见及解决措施

经过上述原因分析，可初步认为故障是因系统异常引起低频谐振引起的。电网系统回路都可简化成电阻R、感抗ωL、容抗1/ωC的串联回路，出现容抗1/ωC等于感抗ωL的情况时，这个回路就会出现谐振，在这个回路的电感元件和电容元件上就会产生过电压和过电流。

经过上述的理论分析，可以通过改变系统的零序参数作用解决分频谐振的产生，作者结合现场实际条件提出了三个解决的措施。

1）投入小电阻接地系统。

投入#1接地变及小电阻后，中性点接地方式变更为经小电阻接地。当系统发生接地故障时，小电阻与线路对地电容构成回路并经小电阻释放电容电荷到地，避免L、C谐振发生。投入#1接地变及小电阻后，改变10kV 系统的接地方式，改变了系统的电抗参数，馈线保护装置动作电流由原电容电流转变为短路电流，动作事件快，可有效消除或者抑制谐振的发生。

2）将半绝缘的电压互感器更改为全绝缘式电压互感器。

采用全绝缘的电压互感器末端（N端）工频耐受电压与首端相同，可承受线电压，避免末端电压抬高后对二次端子放电的情况。更换后的全绝缘电压互感器一次绕组直流电阻的改变，使系统的电感、电容参数与谐振相符的条件不匹配，也降低了铁磁谐振的形成概率。全绝缘的电压互感器可采取间接接地运行方式或者不接地运行方式，当系统接地故障消失后，把把导线通往大地的电流回路给切断，不经电压互感器末端放电，可以有效降低因谐振引起的熔断器频繁熔断。

3）加装二次消谐装置。

一次消谐器接在电压互感器的中性点，靠本身非线性电阻消耗谐振能力，无指示和显示结构，也无信号上传，一旦损坏无法确认是否还具备消谐作用。铁磁谐振是一个非线性过程，有时同时发生几种谐振的现象，一次消谐器无法产生有效的抑制作用。对于分频及高频谐振，没有二次消谐装置灵敏。二次消谐装置在谐振时触发晶闸管导通通过消耗能量以达到限制阻尼谐振的作用。加装二次消谐与一次消谐器进行并用，进行优势和劣势互补，提高系统在发生各类谐波谐振的抑制能力。

高压熔断器多次熔断出现在低频区域，主要是产生的低频振荡电流导致。2020年7月，最终采用投入了10kV #1接地变及小电阻间隔的方法，瞬间接地故障的接地电流减少了，降低了对PT熔断器的冲击力度，同时投入系统的小电阻改变谐振电路中的阻抗，改变了谐振频率，抑制系统谐振的发生。

5 运行建议

1）对于具有消谐装置的变电站，在结合停电检修、新设备投运验收时，应做好电压互感器及消谐器的资料归集，核对电压互感器三相励磁特性的一致性[4]，做好电压互感器伏安特性的试验结果验收，避免因励磁特性不匹配或者是一般电压提前进入饱和区，导致谐振的发生。

2）当发生熔断器熔断停电更换时，检查正常相的熔断器电阻是否正常，检查保险丝使用年限是否有老化的迹象，对于长时间运行老化的熔断器应在停电时更换为抗氧性比较好的保险丝。

3）对于重复性出现的熔断器熔断的电压互感器，还应联系专业班组测量电压互感器励磁特性，绝缘、直流电阻等试验项目，必要时联系检修班更换电压互感器和加装消谐装置，避免熔断器重复熔断对系统造成影响。

6结束语

根据上述中存在的高压保险熔断器熔断的原因及解决措施，自2020年7月投入小电阻接地方式后，至今未发生过保险熔断器熔断事件。其他理论解决的措施需要结合各种实际条件验证，相信通过不断努力和实践，一定能消除在运行中高压保险频繁熔断的原因。

参考文献

[1]王明钦.35kV配电网PT高压熔断器异常熔断故障抑制措施研究 [D]. 华北电力大学（北京）. 2011

[2]梁兆文. PT熔断器频繁熔断原因及解决措施研究 [D]. 华南理工大学. 2016

[3]王振方，史景忠，李威等. 浅谈接地变压器采用高压熔断器保护的隐患[A]. 2011年亚太智能电网与信息工程学术会议论文集[C]. 2011

[4]高德民，伍国兴，曹海兵，张 繁，李健伟.一起 10kV 电压互感器熔断器熔断及二次电压不平衡处理与分析 [J]. 变压器. 2022 （1）