本文所分析的110kV變電站10kV系統(tǒng)為中性點不接地系統(tǒng)，10kV兩段母線分列運行，10kV母線電壓互感器中性點經(jīng)消諧裝置接地。一段時間以來，10kV乙母線電壓互感器一次熔絲多次發(fā)生熔斷，經(jīng)對電壓互感器停電檢查、試驗，未發(fā)現(xiàn)問題，更換熔絲后運行正常。如何避免和解決此類問題?筆者認為唯有了解電壓互感器的原理，系統(tǒng)運行情況，熔斷機理等才可以找出最佳的應(yīng)對方法。
一.電壓互感器原理與運行方式簡介
電壓互感器某種意義上講是一種降壓變壓器(如圖1所示)：一次側(cè)與一次設(shè)備并聯(lián)，基于電磁感應(yīng)原理在匝數(shù)較少的二次側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，二次側(cè)并聯(lián)接儀表、保護等負載，由于這些負荷阻抗值很大，通過二次的電流很小，因此，電壓互感器的工作狀態(tài)相當(dāng)于變壓器的空載情況。
二.電壓互感器熔絲熔斷主要原因分析
本文所涉及的10kV乙母線電壓互感器所出現(xiàn)的熔絲熔斷在三相中均出現(xiàn)，經(jīng)值班人員檢查設(shè)備并未損害，更換保險后運行正常。那么，究其根源，電壓互感器一次熔絲熔斷與哪些方面有關(guān)?大體上講，PT熔斷的主要原因主要有三個方面：
正常運行時，，因此不會發(fā)生時的諧振。而非線性元件電感其伏安特性曲線在鐵芯未飽和前是直線，電感值保持不變，而當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生某些波動(常見有雷擊、系統(tǒng)發(fā)生接地等)時，電壓互感器自身運行狀態(tài)發(fā)生改變，導(dǎo)致相電壓增高，此時三相鐵心出現(xiàn)不同程度的飽和，致使電感值不斷下降(如圖2所示)。而按照Peterson諧振分布原理系統(tǒng)按照對地電容與互感器感抗不同比值便出現(xiàn)鐵磁諧振和各類諧振現(xiàn)象。
對于運行中的系統(tǒng)，常見產(chǎn)生鐵磁諧振的原因有：單相接地、單相弧光接地、電壓互感器突然合閘時繞組內(nèi)產(chǎn)生巨大涌流等。無論是何種原因引起，鐵磁諧振依然是電壓互感器熔絲熔斷的重要原因。
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2、低頻飽和電流沖擊
電網(wǎng)間歇弧光接地或接地消失時，健全相對地電容中貯存的電荷重新分配，通過中性點接地的電壓互感器一次繞組形成電回路，這種釋放過程由于電壓互感器相電抗的存在呈現(xiàn)振蕩衰減狀態(tài)。系統(tǒng)對地電容越大，振蕩頻率越低，構(gòu)成低頻振蕩電壓分量，促使電壓互感器處于飽和狀態(tài)，形成低頻飽和電流。低頻飽和電流在單相接地消失后1/4～1/2工頻周期內(nèi)出現(xiàn)，電流幅值可遠大于分頻諧振電流，頻率約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。
3、電壓互感器自身的不足
電壓互感器絕緣下降等同樣會引起一次熔絲熔斷，特別當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)位移過電壓、單相接地等情況將可能熔絲熔斷情況會立即顯現(xiàn)。對于設(shè)備自身的缺陷，在此就不做贅述，做好設(shè)備運行的維護檢查即可。
本文所提及變電站經(jīng)檢查：10kV電壓互感器熔絲熔斷與自身參數(shù)有很大的關(guān)聯(lián)。建站初期按照預(yù)定負荷而設(shè)定的電壓互感器鐵芯磁飽和系數(shù)明顯偏小，在負荷出現(xiàn)波動或電壓產(chǎn)生大幅變動時，容易發(fā)生鐵芯飽和現(xiàn)象，達到鐵磁諧振的條件。按照諧振分布原理，比值適當(dāng)時便會出現(xiàn)虛假接地的信號。
三.解決電壓互感器熔絲熔斷的措施
經(jīng)過一段時間細致的研究和試驗，筆者確定以下幾個重要的改進方法：
1、為電壓互感器留有足夠余量，特別是磁飽和量
設(shè)定設(shè)備參數(shù)時，應(yīng)留有勵磁特性余量，保證伴隨負荷增長的情況下，設(shè)備依然可以安全穩(wěn)定運行。同時選擇勵磁特性好的電壓互感器可以保證勵磁線圈的穩(wěn)定性，在未達到磁飽和時，電感為穩(wěn)定數(shù)值，系統(tǒng)發(fā)生短暫波動時，勵磁特性也比較穩(wěn)定，不致使電感值迅速下降，而與電容發(fā)生諧振。
2、在電壓互感器所在母線裝設(shè)消弧線圈
按照諧振發(fā)生條件分析，在電壓互感器所在母線裝設(shè)消弧線圈可以使電感遠大于電容，從而極大地降低了電壓互感器產(chǎn)生鐵磁諧振的可能性。同時該母線上發(fā)生單相接地故障時，消弧線圈也可以盡快熄滅接地電弧，保護相關(guān)的電力設(shè)備。此種措施不足在于成本的增加和電網(wǎng)方式的某些改變，因此可按照變電站及電力公司的實際要求，有選擇性地進行消弧線圈的裝設(shè)。
3、一次中性點裝設(shè)消弧裝置(如圖3所示)
此種方法中性點一般接純電阻或消弧線圈。接純電阻改變系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，起到阻尼和抑制諧振的作用，引起諧振區(qū)域的變化，且伴隨著電阻值的不斷增大，諧振范圍將不斷縮小，形成閉合形狀。但此種 方法應(yīng)注意的問題是：采用中性點接電阻措施需考慮電壓互感器高壓繞組X端(尾端)的絕緣等級，因為消諧電阻上的瞬時電壓較大，峰值可達15kV，電壓互感器尾端若絕緣等級不強，就有可能被損壞。中性點接消弧線圈是系統(tǒng)對地電容較大時，中性點接消弧線圈可以補償接地電容電流，也可以有效地抑制過電流，作用效果比較明顯。
4、二次開口三角加裝電阻(如圖4所示)
在接地監(jiān)視用的電壓互感器開口三角形繞組兩端裝入阻尼電阻(或再并聯(lián)消諧裝置)，目的在于增加回路的阻尼值，破壞造成鐵磁諧振的條件，避免諧振的發(fā)生。從理論上講，開口三角形繞組接入的電阻值越小越可以保證檢測的靈敏度，而在一次側(cè)中性點連接的電阻值愈大愈好，可以及時消除諧振等異常能量。但如果開口三角形接入電阻太小時，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地后，能量無法及時消除，電壓互感器就容易發(fā)熱;如果一次側(cè)中性點接入電阻太大時，當(dāng)一次系統(tǒng)發(fā)生單相接地時就會影響開口三角形的輸出電壓，從而降低了預(yù)報的靈敏度，因此選擇電阻與電壓互感器型號有關(guān)，保證諧振能量及時消除，同時不會過于影響電壓互感器開口三角的測量精度，是此類方法的關(guān)鍵。
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5、操作人員改變運行方式時將電壓互感器熔絲熔斷列入考慮范疇
操作人員在改變運行方式時，由操作方法入手，適當(dāng)修改操作順序避免形成產(chǎn)生鐵磁諧振的條件，使系統(tǒng)的參數(shù)配合遠離諧振區(qū)。這是因為改變運行方式，當(dāng)時，就不會發(fā)生鐵磁諧振，其中為系統(tǒng)對地容抗，為電壓互感器為額定線電壓下的勵磁電抗，當(dāng)一定時，減少(即增加對地電容C)可使/ 的值變小。常用增加對地電容方法有外接電容、接入空載線路或者空載變壓器等。采取何種運行方式應(yīng)根據(jù)具體情況而定。
6、增加零序互感器，提高零序勵磁特征
簡要說明：1)接線方式：原電壓互感器不變，將一次繞組中性點串接零序互感器一次繞組再接地，原電壓互感器二次開口三角短接，將接地監(jiān)察電壓繼電器接入零序電壓互感器二次繞組。一次為工作接地，二次僅僅為安全保護接地(如圖5所示)。
2)原理分析：接入零序電壓互感器之后，系統(tǒng)中的3k次諧波電壓通過電壓互感器時在二次側(cè)的閉口三角中產(chǎn)生零序電勢和零序電流。在電壓互感器的磁路中，產(chǎn)生一個與原來3k次諧波磁通相反的磁通量，從而抵消原有的諧波磁通，除有效消除諧波之外，還可以減少電壓互感器中的磁通密度，從而降低磁飽和發(fā)生的幾率。在一次側(cè)的電壓互感器線圈本身的阻值很高，相當(dāng)于在一次側(cè)中性點接入了消諧裝置，進一步消除了鐵磁諧振發(fā)生的可能性。
在以上的方法中，筆者重點就經(jīng)濟且實用的中性點接入電阻和二次開口加裝耗能原件方法進行計算、仿真和試驗。電壓互感器中性點做為電荷釋放的重要通道時，中性點接入電阻R將成為耗能的重要原件，理論上講電阻值越大耗能越多，消諧效果也越好。但是電壓互感器中性點接入電阻過大會影響到二次的測量精度，按照運行中要求最高的0.2準確級為例進行計算，則有：
， 得(為額定線電壓下的工頻勵磁感抗)
按照Peterson諧振分布原理和仿真計算可知，中性點接入的最小電阻值R0.056wl，此時才可以達到所要求的消諧效果，因此綜合考慮在一次側(cè)中性點接入的電阻值應(yīng)約為0.06wl，同時為增加消諧的效果接入電阻可以選擇正系數(shù)的熱敏電阻，隨著溫度升高電阻值不斷增大加快耗能的速度。一次二次之間的配合使用也是較為有效的方法，在此次試驗中，筆者在涉及的電壓互感器二次中采用了燈泡串聯(lián)壓敏電阻的方法進行，利用壓敏電阻的特性在二次出現(xiàn)瞬時過電壓時進行及時的抑制，同時利用燈泡作為諧振發(fā)生和進行的指示，配合一次的中性點電阻同時工作，保證指示和消諧的同時完成。
結(jié)論：
在系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置正確的情況下，經(jīng)過一年來的運行驗證：一次側(cè)中性點加裝適值電阻、二次輔以消諧小電阻的方法，可以有效地防止幾類常見的諧振情況，并按照具體的要求選擇適當(dāng)性質(zhì)的電阻可以進一步加強消諧效果，是解決此種熔絲熔斷問題的經(jīng)濟有效的方法。
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