摘要：针对江南是春雷爆发的高频率地区，也常常因为雷电的影响，造成10kV 电压互感器高压熔丝频繁熔断的现象，进行故障分析。由于雷电的影响使得变电站运行设备的系统内部发生铁磁谐振，谐振作用下的电压互感器受到干扰，导致内部熔丝受到严重损坏，发生熔断现象。为保障电力系统的稳定运行，减少停电次数，提高供电质量，本文分析了消弱谐振影响的措施，欲将故障消除于未然。
关键词：电压互感器；谐振；消谐
Abstract: In the area where Jiangnan is a high-frequency area where spring thunder erupts, the high voltage fuse of the 10kV voltage transformer is frequently blown due to the impact of lightning. Due to the influence of thunder and lightning, ferromagnetic resonance occurs inside the system of the operation equipment of the substation. The voltage transformer under the resonance is disturbed, resulting in serious damage to the internal fuse and the occurrence of a blowout. In order to ensure the stable operation of the power system, reduce the number of power outages, and improve the quality of power supply, this paper analyzes the measures to weaken the effect of resonance, and wants to eliminate the failure beforehand.
Keywords: voltage transformer; resonance; harmonic elimination
1.案列分析
2020年3月21日下午2时15分，某地区气象台发布雷雨大风黄色预警信号。某地局部地区未来6小时内将出现雷雨大风天气，风力达7-8级并伴有雷电、短时强降水、冰雹等强对流天气。16:10分，A变电站10kV III段1035母线电压互感器C相熔丝熔断，电压瞬间降至0kV（如图1所示），后台报10kV III段母线接地告警；
3月22日00:20，B变电站10kV I段1015母线电压互感器B相熔丝熔断，电压瞬间降至0kV，后台报10kV I段母线接地告警；同一时间B变电站10kV II段1025母线电压互感器A、B、C三相相熔丝熔断，电压瞬间降至0kV（如图2所示），后台报10kV II段母线接地告警；
3月22日01:15，C变电站10kV II段1025母线电压互感器A、B相熔丝相继熔断，电压瞬间降至0kV（如图3所示），后台报10kV II段母线接地告警；
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图3 C变电站三相母线电压变化情
上述三座变电站的电压互感器均为电容式电压互感器，且采用三个单相互感器连接而成，是由串联电容器分压，经电磁式互感器实现降压的功能，同时可以将载波频率经过耦合的方式选择性的对线路实现高频保护。（电容式电压互感器结构图和原理图如图4（a）、（b）所示：）
图4电容式电压互感器原理图（a）、
结构图（b）
2．故障分析
变压互感器熔丝遇雷雨天气频繁熔断给电网相对落后地区带来了长期的困扰；以上叙述的案例中10kV在变电站中通常为不接地系统，未发生单相接地的现象，所以非故障相电压基本不变，故障相电压会瞬间降为零。一旦系统发生单相接地现象，非故障相电压会瞬间升高，当出现断续的电弧现象时，说明此时的接地电流较大，系统内会出现谐振现象，谐振的发生会导致母线连接的设备绝缘击穿、互感器熔丝断线、绕组灼伤、避雷器爆炸等现象，损失较为严重。
故障发生时伴有雷雨大风，架空线路在雷云电荷作用下，产生较大的感应电流，并向线路两段运动，当有较大容性电流入侵母线时（由于该入侵电流幅值较小，达不到避雷器动作值，避雷器不动作），高压熔丝承受的电流增大，超过其承受的最大电流值，熔丝发热熔断。
3.解决方案
3.1接地端引入方式
通常在电压互感器的高压侧我们会选择装设熔断器，所选用的熔丝为FU。当二次设备有大电流流过时会使二次绕组受损害。为了避免二次绕组受到破坏，我们会在二次侧引入接地端，为了保护二次设备不受损害。选择引用接地端，此时面临两种选择，一是如图5（a）所示在b相熔丝FU2之前引入接地端；二是如图5（b）所示在b相熔丝FU2之前引入接地端。显然第二种方法更好一些，第一种的方法一旦遭到雷击时，FU被大电流击穿放电，容易烧毁电压互感器和二次设备。第二种选择，一旦有击穿电流通过，FU2熔断，击穿电流无法到达电压互感器端口，二次绕组实现直接接地，保护了二次设备免遭损害。
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图5二次侧两种接地方式
3.2 一次测接消谐装置
如图6所示在一次测引入的消谐器相当于一个非线性的容性电阻，当雷击出现单相接地时，中性点接地时对地面会有一定的电位差，能够有效降低非故障相电压，有效缓解电压互感器的饱和压力，不会使系统产生谐振。而串联容性电阻能够消耗雷击时产生的过量的能量，一定程度上消除环流现象，抑制谐波。但是这种消谐器的安装方法要求非线性的容性电阻容量较大，一般保证消谐装置承受的最大电流不小于电压互感器内侧熔通过的电流，否则无法起到保护的作用。
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图6电压互感器一次侧安装消谐器
3.3 二次侧引入消谐装置
如图7所示二次侧引入消谐装置，系统正常运行时，二次侧不会动作，当系统出现不平衡电压时，导致系统单相接地，此时由于开口三角处并联的消谐装置内阻较小，开口三角处相当于短接，流过三相电流和不为零，此时零序电流能够流通，电压互感器能够通过零序磁通完成退磁不易饱和，从而有效的避开铁磁谐振。这种方法理论上要求消谐装置的内阻要足够小，否则起不到二次侧的消谐作用。
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图7电压互感器二次侧安装消谐装置
4 总结
实际应用中，为更好解决电压互感器高压熔丝频繁熔断的问题，通常电压互感器一次侧和二次侧综合考虑。建议电压互感器一次绕组侧装入消谐器，减少电压互感器的因饱和而产生的铁磁谐振；二次侧三角开口电压处接入消谐电子装置，在电阻较小的情况下，能快速有效感应系统谐振，对二次开口三角处实现短接，最大程度上减少系统损坏，安全性较高。
参考文献
[1] PRASAD M L, ROY M, ROY C K. Analysis of ferroresonant oscillations in a nonlinear circuit[C] //IEEE Region 10 Colloquinm and the Third ICIIS,Kharagpur, India, December 8-10, 2008.
[2] 高本峰, 肖湘宁, 赵成勇, 等. 混合串联补偿装置抑制次同步谐振的研究[J]. 电工技术学报, 2010, 25(11):143-149.
[3] 何永鑫，熊俊峰. 1 0kV母线电压互感器高压熔丝频繁熔断问题讨论[J].中低压电气，2011，9(7):6一8.
[4] 杨雨洁，李铁成. 6 ~ 35kV PT 高压熔断器熔断原因分析及解决措施 [J].电工技术, 2017, 9(4):75-77.
[5]哈恒旭，杜正旺，周海全，等.配电网 PT铁磁谐振的机理分析[J].电力科学与技术学报，2010，25(1)：60一66.
[6]李国庆，彭 石，张少杰，等. 变压器与并联电容器的铁磁谐振分析[J]．电力系统保护与控制2014，42（9）：27-31.