1、引言
    根據(jù)電力行業(yè)標準DL/T448-2000《電能計量裝置技術管理規(guī)程》要求，lOkV中性點絕緣電力系統(tǒng)的高壓電能計量裝置應采用三相二元件計量方式，通常采用高壓計量柜（或計量箱）。整套計量裝置包括兩只電壓互感器(PT)、兩只電流互感器(CT)和一套三相三線的電能表，Pr采用v/v接線。由于經(jīng)濟飛速發(fā)展，企業(yè)用電負荷不斷增加，至2005年東莞電網(wǎng)有315kV -A以上的專用變壓器用戶35000多戶，許多用戶終端裝有1～3臺或多臺計量柜（見圖1典型一次結線圖）。因負荷重，密度大，負荷種類繁雜，用電特性多樣，10kV用戶高壓計量PT經(jīng)常發(fā)生熔斷器熔斷或燒毀，造成計量表計失壓而少計電量。若故障處理不及時，對供、用電雙方都會造成一定損失，影響線損計算的同時，影響供電服務水平，所以加強高壓計量監(jiān)管，保證設備安全可靠運行對正確計量有著非常重要的意義。
    PT一般經(jīng)隔離開關和高壓熔斷器揍人高壓電網(wǎng)。在110kV及以上的系統(tǒng)中．由于相應的Pr采用單相串級絕緣，絕緣裕度大，并且系統(tǒng)多為中性點直接接地，每相設備不能長期承受線電壓，也不允許接地，所以110kV及以上系統(tǒng)中的PT一次側經(jīng)過隔離開關直接與電網(wǎng)相連；在35kV及以下配電系統(tǒng)多為中性點不接地系統(tǒng)，由于結構簡單，易于維護檢修，既經(jīng)濟又能滿足可靠性要求，所以高壓限流熔斷器常被安裝在PT之前作為過載和短路保護之用。當PT內(nèi)部故障或與電網(wǎng)連接線發(fā)生短路時，高壓熔斷器熔斷，切斷故障點或將PT與故障源隔離，從而縮小故障范圍，保護設備的安全。

2、造成高壓PT故障的原因分析
    在正常運行中．PT的內(nèi)部故障的機率很小。從故障情況數(shù)據(jù)統(tǒng)計來看，不接地PT故障主要有下面幾個原因。
2.1諧振過電壓引起PT故障
    根據(jù)電力行業(yè)標準DL/T448-2000《電能計量裝置技術管理規(guī)程》要求，中性點絕緣電力系統(tǒng)的高壓電能計量裝置應采用三相二元件計量方式，需要采集A-B相和C-B相的電壓。東莞一直采用專用的電能計量柜和高壓電力計量箱．裝置中都安裝專用的不接地電壓互感器。正常運行的不接地電壓互感器的一次繞組始終連接在相間，一次回路由高壓電源供電，系統(tǒng)的內(nèi)阻幾乎為零。運行在這樣條件下的電壓互感器是不可能發(fā)生并聯(lián)諧振的．但是電壓互感器在安裝時和線路停運后會有線路投切操作，在開關動作瞬間只要條件合適就有可能發(fā)生串聯(lián)諧振。多數(shù)情況是當高壓開關不同期合閘時，例如用跌落式保險進行線路合閘操作時，某一時刻會發(fā)生單相合閘狀態(tài)，合上的線路經(jīng)由高壓開關、電壓互感器高壓繞組一端．再經(jīng)由高壓繞組另一端到另外二相接線對地電容，再經(jīng)另外二相線路對地電容，繞過沒有閉合的開關觸頭形成串聯(lián)諧振回路。諧振回路的激勵源是10kV高壓電源、回路的諧振電感是電壓互感器的一次繞組勵磁電抗，回路的諧振電容是一次導線部分對地電容與設備對地電容的串聯(lián)值，如圖2所示。通過Y-A電路變換，圖2電路可以用圖3 (a)等效，再通過等效電源定理變換，得到圖3 (b)的等效電路。圖3(b)的電路是一個典型的串聯(lián)諧振電路，當參數(shù)合適，可以發(fā)生基頻諧振。由于激勵電壓為系統(tǒng)電壓，本身幅值就很高，回路的Q值也相當高，互感器繞組承受的電壓遠遠超過絕緣耐壓和感應耐壓，很容易造成繞組層閫損壞和熔絲熔斷。
2.2低頻飽和電流可引起flr一次熔絲熔斷
    當系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地時，未接地相的電壓升高到線電壓。故障點會以接地點為通路，在電源—導線一大地間流過電容電流。由于PT的勵磁阻抗很大，其流過的電流很小。一旦故障消失，電流通路被切斷，此時三相對地電容（零序電容）中儲存的電荷將對三相PT高壓繞組電感放電，相當于一個直流電源作用在一個帶鐵心的電感線圈上，構成低頻振蕩電壓分量。在這一瞬變過程中，PT高壓繞組中流過一個幅值很高的低頻飽和電流，使鐵心嚴重飽和。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)，幅值可遠大于分頻諧振電流（分頻諧振電流約為額定勵磁電流的百倍以上），頻率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。

    實際上，由于接地電弧熄滅的時刻不同，即初始相位角不同，故障的切除不一定都在非接地相電壓達最大值這一嚴重情況下發(fā)生。因此，并非每次單相接地故障消失時，都會在高壓繞組中產(chǎn)生大的涌流。而且低頻飽和電流的大小，還與PT伏安特性有很大關系，鐵心越容易飽和，該飽和電流就越大，高壓熔絲就越易熔斷。

2.3 PT二次繞組絕緣降低可引起熔絲熔斷
    vr絕緣擊穿，使互感器產(chǎn)生短路匝，造成鐵心飽和，阻抗大幅下降，從而使一次電流大幅上升。造成電壓互感器匝間或層間絕緣不良的一個原因是漆包線的質(zhì)量不好，漆膜有缺陷，或者漆膜耐受制造與運行工況的能力差。例如一些型漆包線用到了油浸絕緣互感器，長期的浸泡使漆膜脫落。一些絕緣耐熱差的漆包線，例如絕緣等級E級的漆包線用于環(huán)氧樹脂澆注產(chǎn)品，樹脂澆注過程中的溫度可能高達150c，而E級絕緣只能承受115℃，部分漆膜在澆注過程中被破壞，造成絕緣隱患．即使通過出廠試驗，也容易在運行中損壞。
2.4雷云閃電時，發(fā)生線路落雷，導致PT多相高壓熔絲熔斷
    10～35kV架空線路，在空曠的野外，沒有架空地線，三相導線暴露在空中。在雷云電荷的作用下，三相導線都感應相同數(shù)量的束縛電荷。當雷云放電，三相導線上的束縛電荷向線路兩側運動，對變電站、變壓器形成侵入渡。此侵入波的電壓并不高，熔絲熔斷是發(fā)熱的結果。只有電流的幅值高且侵入波持續(xù)時間長時，才會使高壓熔絲熔斷。而同時具備此兩種條件的機會不大。故因雷擊引起高壓Pr熔絲熔斷仍是小概率事件。
2.5二次繞組短路
    PT二次繞組發(fā)生短路或輕微短路時，會造成電流過大。如果二次保險選配合適的情況下．易引起二次保險熔斷。如果二次保險選配不合適，將引起二次Pr電流迅速增大，熱量急聚增加，從而引起爆炸事故。
    電壓互感表面濕度過大或有灰塵及其它原因引起系統(tǒng)有放電或閃絡現(xiàn)象，將產(chǎn)生高電壓，互感器鐵心飽和，激磁電流急劇增加，進而引起事故。
    綜合分析東莞計量PT故障情況，PT損壞故障占很少比例．90%以上故障表現(xiàn)為熔斷器熔斷，在更換熔斷器處理后裝置正常運行。通過對運行環(huán)境、電網(wǎng)結構及故障特點等分析，可以認為接地故障、二次短路等屬于系統(tǒng)的隨機的小概率事件，不可預防。而電源諧振才是造成熔斷器熔斷的主要原因，需要重點采取措施加以預防和改善。
3、防止諧振的措施及利弊分析
    不接地電壓互感器故障主要由電源諧振造成，電源諧振產(chǎn)生的故障電壓不是lOkV等級的電壓互感器可以耐受的，因此只能采取消除諧振的措施。
    (l)改變電感、電容的參數(shù)，使其不易激發(fā)引起諧振：可通過降低鐵心磁通密度或增大負載容量來改變勵磁特性。但這里有一個矛盾，就是對鐵心磁通密度的選擇．不僅要考慮使其滿足接地過電壓的要求，還要使其在額定電壓下和接地過電壓下的電感值最小，這樣就使諧振區(qū)域縮小并前移，需要更大的激發(fā)才會產(chǎn)生諧振。在材料選擇上二者是矛盾的，設計時需取得平衡。
    (2)消耗諧振能量、增大系統(tǒng)阻尼，抑制或消除諧振的發(fā)生：在母線上接入一定大小的電容器，使容抗(xc)與感抗（X1）的比值小于0.01可避免諧振。有兩個途徑：采用加大線路長度、用電纜代替架空線路、在10KV以下系統(tǒng)裝設一組單相對地電容器等方法，以減小X。值。DUT620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合）中也有“減少同一系統(tǒng)中Pr中性點接地的數(shù)量，除電源側PT由高壓繞組中性點接地外，其它PT中性點盡量不接地”，這是為了增大XL值。但新問題是，隨著Xc]XL的減小，系統(tǒng)在單相接地故障消除后所產(chǎn)生的過電流的直流分量也逐漸增大。當x/xl,《o．01時，過電流可達上百倍．足以使PT高壓側的0.5A的熔斷器熔斷甚至燒毀vr。。值越小，過電流就越嚴重。有人提出接實際過電壓倍數(shù)來降低PT磁通密度，這是行不通的，一是體積過大（是正常互感器的3-5倍），二是導致無限減小，更容易燒毀熔絲。
    (3)在電力系統(tǒng)設計方面采取不同的接地方式或運行時采取臨時倒閘措施，因其需進行條統(tǒng)性的綜合考慮，實施起來比較復雜。
    (4)在同一個10kV配電系統(tǒng)中，應盡量減少PT的臺數(shù)。同一電網(wǎng)中，并聯(lián)運行的PT臺數(shù)越多，總的伏安特性會變得越差，總體等值感抗也越小，如電網(wǎng)中電容電流較大，則容易發(fā)生諧振，所以應盡量減少vr的臺數(shù)。
4、采取的改進措施及效果
    因不同消諧措施有其局限性，只能消除特定情況下的諧振。東莞局結合電網(wǎng)的實際情況，在不改變配網(wǎng)運行方式的情況下綜合治理，采取了如下方法。
    (1)針對某生產(chǎn)廠家因鐵磁諧振致Pr燒毀事件頻繁的情況，要求廠家做出改進，降低PT鐵心的磁通密度，提高抗諧振能力。
    (2)將PT保護熔斷器額定電流從0.5A改用2A，增大熔斷器的通流容量能力。
    (3)對專變用戶的計量方式進行了改進，從原來的500kV．A及以上的變壓器分臺計量，改為凡總容量大于600kV-A的用戶均采用lOkV進線總計量。一方面減少了同一條10kV配電線路中并聯(lián)的PT的臺數(shù)，有效減少鐵磁諧振的發(fā)生。另一方面減少了小型變壓器臺數(shù)，減少了計
量維護點。
    (4)規(guī)定將Pr容量從原來的10~25V·A提升到40V-A以上（不改變體積情況下），使PT勵磁特性、伏安特性均有大幅改善，有效降低鐵磁諧振發(fā)生時的諧振電流和低頻飽和電流。
    經(jīng)過逐步改造．我局計量裝置的運行質(zhì)量得到大大提高Pr的故障率從改造前的約4.5%迅速下降。2007年在運行PT共12222只，全年故障（含燒保險）共22起，故障率0.18%。2008年在運行PT共13968只，故障（含燒保險）21單，故障率0.15%。故障率均已降低到0.2%以下，效果非常明顯。
5、總結
    系統(tǒng)結構的復雜性和運行方式的靈活性，使運行參數(shù)也具有隨機性。導致PT熔斷器熔斷的原因也多種多樣，采用單一方法因局限性難以有效降低故障率。只有綜合分析，依具體情況同時采用幾種措施才能奏效。筆者認為應首先從運行方式、設備選用和操作上防止諧振發(fā)生，盡量采取簡單而實用的措施加以解決。
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