王 龍，任思敏，王 朵，張 鈺

(1.國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司 吳忠供電公司，寧夏 吳忠 751100； 2.西安交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院，陜西 西安 710000； 3.延長(zhǎng)油田股份有限公司 定邊采油廠，陜西 定邊 718600)

0 引言

2017年2月10日，某35 kV變電站事故報(bào)警：35 kV I母電壓互感器故障。監(jiān)控后臺(tái)顯示：UA為21.29 kV、UB為16.13 kV、UC為21.55 kV、UAB為24.95 kV、UBC為37.87 kV、UCA為36.29 kV、3U0為27.10 V。此35 kV變電站有311和312兩條進(jìn)線，8條10 kV出線，35 kV I母電壓互感器主要向室內(nèi)線路保護(hù)裝置、監(jiān)控后臺(tái)以及電度表屏提供電網(wǎng)電壓信息。

工作人員接到故障報(bào)警后，整理檢修工具到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，首先用萬(wàn)用表測(cè)量電壓互感器低壓側(cè)電壓，結(jié)果顯示Ua為61 V、Ub為44 V、Uc為61 V，排除了電壓互感器低壓回路故障的可能，隨后工作人員將電壓互感器停用，取下三相熔斷器并量取其電阻，發(fā)現(xiàn)A相和C相兩相阻值正常，但B相阻值近似無(wú)窮大，更換B相熔斷器后，三相電壓恢復(fù)正常，電壓互感器正常運(yùn)行，故障成功排除，但整體過(guò)程耗時(shí)過(guò)久，故障定位及排除效率較低，造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失，不滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)工作的可靠性及高效性要求。

無(wú)人值守變電站通過(guò)“遙信”和“遙測(cè)”監(jiān)測(cè)變電站各種信息，要求準(zhǔn)確判斷變電站各類故障，隨即采取相應(yīng)的措施快速隔離故障，恢復(fù)電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。而此次故障正因?yàn)榈谝粫r(shí)間不能準(zhǔn)確定位故障類型，準(zhǔn)備檢修工具(包括二次電纜、空氣開(kāi)關(guān)、高壓熔斷器等)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、分析和判斷故障耗時(shí)過(guò)多等原因，嚴(yán)重影響了清除故障時(shí)間和效率。因此，本文總結(jié)了電壓互感器常見(jiàn)的三種故障類型，以便讓工作人員能通過(guò)故障數(shù)據(jù)更快、更準(zhǔn)地判斷電壓互感器故障類型。

1 電壓互感器故障特征分析

1.1 電壓互感器高壓側(cè)斷相

在電力系統(tǒng)中，發(fā)生系統(tǒng)鐵磁諧振、單相間諧電弧接地、電壓互感器內(nèi)部單相接地或者相間短路等故障，都可使電壓互感器線圈產(chǎn)生過(guò)電流，引起高壓側(cè)熔斷器熔斷。當(dāng)高壓側(cè)A相熔斷器熔斷后，由于三相五柱式結(jié)構(gòu)中三相電磁回路相通，高壓側(cè)A相相電壓UA存在感應(yīng)電壓，不會(huì)降為零，從而線電壓UCA、UAB均降低，線電壓UBC保持不變，低壓側(cè)零序電壓的有效值低于30 V。

1.2 電壓互感器低壓側(cè)斷相

電壓互感器低壓側(cè)回路發(fā)生短路時(shí)，可引起低壓側(cè)熔斷器熔斷。由于熔斷器裝設(shè)在電壓互感器低壓繞組與保護(hù)測(cè)量裝置之間，若低壓a相熔斷器熔斷，只會(huì)對(duì)保護(hù)測(cè)量裝置的輸入電壓信號(hào)產(chǎn)生影響，而對(duì)開(kāi)口三角零序電壓3U0并無(wú)影響。因此a相相電壓Ua為0，相電壓Ub和Uc保持不變。

圖1 三相五柱式電壓互感器接線圖

1.3 高壓側(cè)35 kV母線單相接地

綜上分析，將低壓側(cè)三相相電壓和線電壓以及零序電壓的變化情況與故障類型進(jìn)行總結(jié)，如表1所示。

2 仿真驗(yàn)證

為驗(yàn)證上述分析的可靠性，以三相五柱式電壓互感器為例，搭建電力仿真軟件ATP(The Alternative Transient Program)模型。

圖2 開(kāi)口三角電壓矢量圖

故障類型電壓有效值Ua(V)Ub(V)Uc(V)Uab(V)Ubc(V)Uca(V)3U0(V)A相高壓側(cè)熔斷器熔斷<575757<100100<100<33A相低壓側(cè)熔斷器熔斷0575757100570A相35kV母線單相接地0100100100100100100

2.1 電壓互感器高壓側(cè)斷相

ATP仿真模型運(yùn)行1 s后，電壓互感器高壓側(cè)A相熔斷器熔斷，仿真結(jié)果見(jiàn)圖3。從圖3(a)可以看出，低壓側(cè)a相電壓1 s后明顯降低；從圖3(b)可以看出，1 s后低壓側(cè)線電壓Uab和Uca明顯降低；從圖3(c)可以看出，1 s后零序電壓值明顯升高。

圖3 電壓互感器高壓側(cè)斷相仿真結(jié)果

高壓側(cè)熔斷器熔斷后，A相電壓由于電磁感應(yīng)未降為0，從而低壓側(cè)a相相電壓也并未為0，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)可以看出，互感器低壓側(cè)Ua有效值低于18 V，Ub和Uc基本保持不變，Uab有效值為77 V，Uca有效值為59 V，Ubc保持不變，3U0有效值為23.7 V，此實(shí)驗(yàn)結(jié)果與表1分析值相符。

2.2 電壓互感器低壓保護(hù)斷相

ATP仿真模型運(yùn)行1 s后，電壓互感器低壓側(cè)a相熔斷器熔斷，仿真結(jié)果見(jiàn)圖4。從圖4(a)可以看出，1 s后a相電壓降為0；從圖4(b)可以看出，1 s后Uab、Uca降為故障前相電壓值；從圖4(c)可以看出，1 s后零序電壓仍為0 V。

通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)可以看出，電壓互感器低壓側(cè)a相熔斷器熔斷后，由于沒(méi)有電磁感應(yīng)的作用，Ua為0，Ub和Uc基本保持不變，Uab和Uca有效值均為58 V，Ubc保持不變，3U0為0 V，此實(shí)驗(yàn)結(jié)果與表1分析值相符。

圖4 電壓互感器低壓側(cè)斷相仿真結(jié)果

2.3 35 kV母線發(fā)生單相接地故障

ATP仿真模型運(yùn)行0.5 s后，電壓互感器高壓側(cè)35 kV母線發(fā)生A相接地，仿真結(jié)果見(jiàn)圖5。從圖5(a)可以看出，0.5 s后a相電壓降為0，b和c相電壓明顯升高；從圖5(b)可以看出，0.5 s后線電壓仍保持不變；從圖5(c)可以看出，0.5 s后零序電壓值明顯升高。

通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)可以看出，電壓互感器低壓側(cè)Ua降為0 V，Ub和Uc對(duì)地電壓升高到100 V；Uab、Ubc和Uca保持不變，3U0為100 V，此實(shí)驗(yàn)結(jié)果與表1分析值相符。

變電站接地故障告警保護(hù)裝置零序電壓整定值一般設(shè)為30 V，因此電壓互感器高壓側(cè)若發(fā)生母線接地故障，監(jiān)控系統(tǒng)則會(huì)報(bào)出接地故障信號(hào)。

3 結(jié)論

(1) 本文主要針對(duì)某35kV變電站電壓互感器高壓側(cè)熔斷器熔斷故障現(xiàn)象，擴(kuò)展分析小電流接地系統(tǒng)三相五柱式電壓互感器三種常見(jiàn)故障特征。通過(guò)理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了分析和總結(jié)的可靠性。工作人員可參考上述故障特征，通過(guò)測(cè)量電壓特征值對(duì)電壓互感器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并及時(shí)進(jìn)行故障診斷，提高故障清除效率。

(2) 此次對(duì)小電流接地系統(tǒng)三相五柱式電壓互感器三種常見(jiàn)故障特征進(jìn)行分析總結(jié)，可為其他變電站出現(xiàn)的同類問(wèn)題提供參考，使工作人員能根據(jù)故障信息快速判斷故障類型和故障相別，及時(shí)處理相應(yīng)故障，盡快恢復(fù)供電，確保電力系統(tǒng)、設(shè)備安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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