摘要：在中性点不接地的中压电网中，广泛使用的电磁式电压互感器其一次绕组接成星形，中性点接地。当出现某些故障时（如非同期合闸或接地故障消失后），其励磁阻抗与电网系统的对地电容形成非线性谐振回路，进一步可能造成工频、高频、低频谐振过电压，造成电压互感器熔丝熔断，甚至烧毁电压互感器，影响系统运行安全。本文分析了电压互感器运行故障的主要原因及应对措施。 关键词：电磁式电压互感器、铁磁谐振、应对措施
0 引言
电磁式电压互感器（以下简称PT）运行故障是电力系统常见故障，一般在6～35kV 的中性点不接地配电系统中，发生合空载母线、单相接地恢复或系统负荷剧烈变化等情况时，所产生的暂态冲击过程会在PT和三相导线对地电容间激发起铁磁谐振现象，造成系统过电压和PT中的过电流，导致PT各种故障的发生。根据近年实际运行情况可知，虽然中性点不接地系统配电网采用了多种抑制和消除PT谐振的保护装置，但PT运行故障，特别是熔丝熔断故障仍
然频繁发生，甚至在小电阻接地系统配电网也时常发生PT熔丝熔断故障，这引起了供电公司的高度重视。
1 PT故障原因分析
PT故障主要是由于单相接地故障导致熔丝熔断与高压绕组烧损两种类型。通过实践案例分析证明，单相接地故障对PT构成的危害并不发生在金属性稳定接地故障期间，而是取决于接地故障消失时的暂态过程走势。而暂态过程的走势分两种，一种是持续的铁磁谐振过电压；另一种是短暂的非线性超低频自由衰减振荡过程。一般情况下，铁磁谐振过电压可导致高压绕组烧损，后者可导致高压侧熔丝熔断。
（1）谐振过电压
由于中性点不接地，系统接地故障恢复导致系统参数发生变化产生励磁涌流，导致互感器铁
心饱和引发铁磁谐振现象。弧光过电压、操作过电压等也会激发铁磁谐振导致互感器过载，造成PT熔丝熔断或者互感器烧毁。
在系统正常运行时：在谐振点前，系统成感性。当电流增大，系统成容性。工作在谐振点容抗和感抗完全匹配，系统发生谐振时，忽略负载阻抗，电流将趋于无穷大。
铁磁谐振过程中，由于电流并不大且高压熔丝散热条件相对较好而不会熔断，但持续的过励磁电流使散热条件相对较差的高压绕组的温度迅速上升，导致PT热稳定破坏，进而引起绕组烧损。
（2）电容放电冲击涌流
中性点不接地系统中，PT高压侧绕组中性点接地将成为该电网对地唯一金属性通道。在接地故障消失时，在电网对地电容通过PT绕组的放电过渡过程中，流过PT的低频振荡电流达数10A，电流可导致PT高压熔丝（一般配置为0.5A）熔断。
当系统发生单相接地故障时，在故障消失过程中，由于接地点的断开，电荷释放通道被断开。而中性点不接地系统的中性点成为电荷释放的唯一通道，PT一次侧流过较大冲击电流导致PT严重饱和形成低频震荡和涌流，从而使熔丝烧毁严重时导致PT烧毁。
2 PT故障防范措施
（1）4PT方法
为了防止和消除铁磁谐振而提出的抗谐振PT：在三只主电压互感器星形接线的中性点通过电压互感器的一次绕组接地，而不是直接接地。正常运行时中性点的电压偏移很小，故障时零序电压互感器抑制涌流，能有效的抑制系统的谐振过电压，4PT这种解决方案存在的主要问题是电网单相接地的同时伴随着低频振荡，由于频率降低导致PT4的阻抗下降。而一次PT的零序电压升高开口环流增大（一次开口零序短路能有效抑制2次谐波），严重导致PT烧毁。随着电网对地电容的不断增大，抗谐振PT故障呈上升趋势。4PT法的缺点是体积庞大，成本较高。
（2）碳化硅非线性电阻方法
在PT的一次中性点通过电阻（线性或非线性电阻）接地，能有效的起到阻尼和限流的作用，从保护效果来说，阻值越大越明显。但中性点电阻的引入会带来相电压和零序电压的测量误差。因此中性点电阻的阻抗匹配有一定的要求，在满足阻尼谐振的前提下尽量取小阻值。由于碳化硅非线性电阻的伏安曲线可以调整到与PT伏安曲线相近，即保证了动态下的阻抗匹配，因此非线性电阻消谐成了比较理想的解决方案。
当3个PT的参数完全一致时仍然有一定量的3次谐波电流流过中性点，在电阻上形成3次谐波电压。若3个PT的参数有一定差异，PT中性点上的电阻上将会产生一定量的工频3次谐波的电压叠加。当通过相同的不平衡励磁电流时，消谐器的电阻越大，中性点的偏移就越大，2次侧的三相不平衡越明显。系统不平衡导致中性点电位严重偏移时，运行中的非线性电阻可能会出现损坏。
电压互感器接线
因此对非线性电阻方案，PT励磁特性的好坏、3只PT伏安特性的一致性、消谐器的电阻阻值的选择限制了此方案的应用。任何1个参数的偏移均会导致PT的2次侧的电压不平衡输出，影响测量和保护的正常运行。
（3）PT开口三角阻尼电阻、可控硅并联
该类并联消谐原理的主要弊端在于开口三角短路或大电流时，不能长时间处于消谐运行状态，否则会烧坏互感器。但大部分谐振一旦发生，要有效消除谐振的时间较长。
（4）PTK技术
在PT的中性点使用碳化硅非线性电阻和开关并联接地。系统正常运行时开关继电器K闭合，
相当于PT中性点直接接地，可完全抑制系统的测量电压偏移，系统的测量、保护电压正确性。当系统发生谐振或者单相接地故障时K打开将SiC投入，有效抑制系统的谐振和冲击涌流，接地故障恢复后K延时闭合系统恢复正常。系统正常运行时SiC抗谐电阻不工作，完全消除了自身故障的问题。
（5）PTK一次消谐限流和可控硅二次消谐相结合的方法
采用PTK一次消谐限流和可控硅二次消谐相结合的方法能快速有效的抑制系统的各种PT故障（系统谐振、PT涌流、低频谐振等）。PT发生铁磁谐振时，中性点产生位移，三相电压不对称，高压侧绕组流过零序电流，开口三角将感应到零序电压，通过微机控制PTK的开关导通触发导通可控硅，形成有效零序电流流通通道。这个零序电流将对高压绕组中的零序电流所建立的磁通起到去磁作用。二次零序电流接近PT二次绕组短路电流，去磁效果较好，600ms内二次消谐的动作能消除谐振则退出，返回正常运行。否则打开PTK的开关通过碳化硅电阻（SiC）抑制谐振，等待系统运行正常自动复归。
3结束语
根据配电网近年实际运行情况，判断系统单相接地故障恢复时产生的持续的铁磁谐振过电压和短暂的非线性超低频自由衰减振荡过程是配电系统PT故障的主要原因。结合上述分析，认为采用PTK一次消谐限流和可控硅二次消谐相结合的方法是一种比较好的解决方案，能发挥各自优势，保证PT运行安全。
参考文献：
[1] 雍静. 供配电系统[M]. 北京：机械工业出版社，2011.
[2] GB 50150-2016 电气装置安装工程电气设备交接试验标准[S].
[3]梁志瑞，董维，刘文轩，等．电磁式电压互感器的铁磁谐振仿真研究[J]．高压电器，2012(11):18-23.
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