1无锡三新供电服务有限公司江苏无锡2140162国网无锡供电公司江苏无锡214000
摘要：10～35kV干式电磁式电压互感器爆裂是公司系统生产运行过程中常见的问题，其原因受到系统过电压、外部环境、系统谐波、产品质量、人为原因等多种因素综合影响，长期以来一直困扰着电网的安全运行，极大地降低了系统的可靠性并增大了运维人员的工作量。本文统计某省电力公司10～35kV干式电压互感器爆裂情况，对引发各类故障的原因进行详细分析。
关键词：干式电磁式电压互感器，爆裂，单相接地
AnalysisofBurstingProblemof10-35kVDryElectromagneticVoltageTransformer
WANG-Yujiao1，YUAN-Wei2，QIAN-Jie2
（1.WuxiSanXinPowerSupplyServiceCompanyLimited，WuxiCity）
（2.WuxiPowerSupplyCompany，WuxiCity）
Aabstract：Theburstingof10~35kVdryelectromagneticvoltagetransformerisacommonproblemintheproductionandoperationprocessofthecompany'ssystem.Thecauseisaffectedbyvariousfactorssuchassystemovervoltage，externalenvironment，systemharmonics，productqualityandhumanfactors.Ithasbeenplaguedbythesafeoperationofthepowergrid，whichgreatlyreducesthereliabilityofthesystemandincreasestheworkloadoftheoperationandmaintenancepersonnel.Thispaperanalyzestheburstingof10~35kVdry-typevoltagetransformersofaprovincialpowercompany，andanalyzesthecausesofvarioustypesoffaultsindetail.
Keywords：dryelectromagneticvoltagetransformer，burst，singlephasegrounding
0引言
随着时代的发展，电网规模迅猛增长，社会对供电可靠性的要求越来越高，同时电力设备新技术不断涌现，电网内外部环境条件发生了较大变化，电网安全生产面临一些新的风险和问题，电压互感器作为一种重要的电力设备，也经常出现各类缺陷和故障[1-3]。针对无锡地区配电网情况，配网电压互感器一般均为环氧树脂型电磁式电压互感器，本文考虑地区实用性，仅针对该类型电压互感器爆裂的原因进行统计及分析。
1电压互感器爆裂原因统计
10～35kV干式电磁式电压互感器爆裂是公司系统生产运行过程中常见的问题，其原因受到系统过电压、外部环境、系统谐波、产品质量、人为原因等多种因素综合影响，长期以来一直困扰着电网的安全运行，极大地降低了系统的可靠性并增大了运维人员的工作量。
中国电科院统计某省电力公司10～35kV干式电压互感器爆裂情况，从引发故障的因素来看，原因有过电压、外部线路多次接地、产品设计结构、局部放电、配件质量、绝缘材质、人为原因等。其中过电压所占比重最大，达到总数的65%，造成过电压的众多原因之中线路接地占绝大多数。
图1PT爆裂故障原因统计
Fig1.burstfaultreasonstatistics
从实际发生故障的统计情况来看，由线路接地引起的PT爆裂故障所占比例高达64%，其中由于永久性接地导致的故障占53%，由于弧光接地导致的故障占9%。
2.干式电磁式电压互感器爆裂原因分析
根据中国电科院统计数据，从引发PT爆裂故障的直接原因统计来看，数量较多且具有普遍现象的原因主要有单相接地故障、间歇性弧光接地故障、PT本身存在局部放电、以及产品结构设计不合理四种情况。除此，工程设计施工中，人为接线原因造成的送电时PT爆裂以及设计可研阶段设备选型不合理、PT容量不匹配需进一步避免。
2.1单相接地故障：
10～35kV系统为中性点不直接接地系统，且发生接地故障几率很高，当系统发生单相接地故障时，非故障相电压抬升为系统线电压，达到1.73Un（Un为额定一次相电压），由于此时三相之间的线电压仍然对称，用户的三相用电设备仍照常运行，因此允许继续运行2h。系统发生单相接地故障时，分析PT爆裂有以下两种原因：
1）铁磁谐振：发生单相接地故障时，由于线路存在对地电容，故障点流过容性电流，同时非故障相电压升高至线电压，并对其对地电容充电。故障点消失后，由于PT一次绕组尾端是电网对地唯一金属性通道，因此非故障相上的充电电荷将以直流放电的形式通过PT一次绕组入地。由于PT绕组本身的直流阻抗极小，因此其内部会流过数值极大的低频电流，有可能达到PT额定电流的数百倍，使PT铁芯瞬间严重饱和，从而使PT的励磁阻抗急剧下降，当励磁阻抗与系统对地电容参数匹配时，将引发铁磁谐振。如果所引发的谐振为分频谐振，由于其频率较低，PT绕组感抗小，将使励磁电流大大增加，甚至达到额定励磁电流的百倍以上，极易使PT发生绕组熔化、绝缘开裂等故障。
2）PT本身热性能不良：GB1207-2006《电磁式电压互感器》中6.3及6.4要求：电磁式PT在1.9Un电压下应能连续正常运行8h，其温升不应超过55K；国网公司系统10～35kV干式电磁式PT招标技术规范书要求：1.9Un电压下应能连续正常运行8h，其温升不超过45K；《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》11.1.2.3规定：电磁式电压互感器在交接试验时，应进行空载电流测量。励磁特性的拐点电压应大于1.9Um/（中性点非有效接地系统）。
上述标准及反措要求电磁式PT在1.9Un电压下不应进入饱和区，且应能够持续8h，其温升不超限。当发生线路单相接地故障时，如果没有形成铁磁谐振过电压，则PT最多承受1.73Un的过电压2h，远低于技术标准的要求。若PT本身实际热性能不满足技术要求，将导致PT长时间承受系统过电压的情况下，其内部发热过量，加速绝缘老化，最终致使绝缘击穿甚至开裂[4]。
2.2弧光接地故障
输电线路运行环境复杂，由于树枝、漂浮物、建筑或线路摆动等原因，会发生间歇性弧光接地。尤其在雷雨大风天气，严重的情况下短时间内弧光接地次数能达到上百次。
对于这类接地故障，其初期阶段的故障机理与上述单相接地故障类似，但由于其弧光放电次数较多且间隔时间较短，致使PT在很短时间内频繁遭受线路上直流放电大电流的冲击，高压绕组的发热量多次累积，难以有效散发出去。同时由于绕组和绝缘介质膨胀系数不同，金属部分和绝缘材料受热膨胀并相互挤压，最终导致PT绝缘开裂。
实际上，由于接地电弧熄灭的时刻不同，即初始相位角不同，故障的切除不一定都在非接地相电压达最大值时发生。因此，不一定每次单相接地故障消失时，都会产生超低频振荡电流。同时，超低频振荡电流的大小，还与PT伏安特性有很大关系，PT铁芯越容易饱和，该振荡电流就越大，PT就越易烧坏[5]。
2.3局部放电
由于PT生产工艺、铁芯绕组结构、原材料配比等原因，PT生产过程中会在内部存留有杂质或气泡。设备带电后，内部长期存在局部放电导致
发热、绕组匝间短路、主绝缘击穿等缺陷，互感器在热量积累到一定程度后开裂。
2.4产品结构
部分PT设计结构不合理，高压尾（N端子）与二次接线端子均布置在二次端子盒内且距离较近，同时二次端子盒内绝缘裕度不足，当发生系统过电压、一次绕组中性点电压升高时，容易导致高压尾对二次端子放电，造成绝缘损坏，如图5所示。此项原因，经过中国电科院的后期跟进论证，在保证绝缘裕度的情况下，此种设计方式也可保证设备的安全运行。
图2PT接线端子位置设计缺陷
Fig2.PTterminalpositiondesigndefect
此外，中国电科院调研中曾经发现南京某PT设备厂家（已销售几万台），由于通风以及防尘罩不合理造成二次引线处容易发生凝露、污秽爬闪情况，间接导致二次侧短路，造成PT爆裂。
再者，目前的柱上开关与PT一体化的设备结构，常因为密封性等问题，造成PT受潮，导致介质绝缘弱化、二次受潮短路，PT爆裂时有发生。
2.5工程设计施工
干式电磁型电压互感器可分为半绝缘、全绝缘型，在设计可研阶段，
常常由于工作人员的水平、责任心缺乏等原因，造成设备选型错误，主要包括绝缘等级不够、PT容量不匹配。1）PT的绝缘裕度达不到要求，在中性点非可靠接地（不接地、消弧线圈接地），系统发生接地等故障时，导致设备爆裂。2）目前，随着配网自动化的逐步完善，新上环网柜中DTU蓄电池主要靠PT充电，若PT容量不匹配，二次回路电流过大，发热严重，亦造成PT爆裂。
另外施工过程中，施工人员常常误将二次接线误短接，验收阶段，工作负责人缺乏责任心，未认真测量、查验，导致设备送电爆裂。
3小结
从引发PT爆裂故障的直接原因来看，主要有单相接地故障、间歇性弧光接地故障、PT本身存在局部放电、以及产品结构设计不合理四种情况。除此，工程设计施工中，人为接线原因造成的送电时PT爆裂以及设计可研阶段设备选型不合理、PT容量不匹配也是造成PT爆裂故障的原因之一，在以后的使用中应尽量避免。
参考文献：
[1]咸日常．电容式电压互感器常见故障分析处理方法和预防措施[J]．变压器，2002，39（5）：38-41．
[2]黄建华，李长益．华东电网500kV电容式电压互感器的运行现状及其分析[J]．高压电器，2004，40（1）：58-60．
[3]时德钢，刘晔，张丽平，等．高电压等级电压互感器综述[J]．变压器，2003，40（6）：11-14．
[4]李凤舞，姜涛.单相接地引起电压互感器烧毁事故原因分析[J].自动化应用，2013（12）：84-85.
[5]陈筱平，刘雅洁，汪颖，等．某实际间歇性弧光接地事故仿真分析与对策研究[J]．电力科学与工程，2012，28（9）：10-17．
作者简介：王誉娇（1990-），从事电力系统研究及营销服务相关工作