1 電壓互感器的使用和保護(hù)
電壓互感器在使用中相位正確非常關(guān)鍵，這就要求接線極性一定要對(duì)應(yīng)，一旦引出端子用錯(cuò)，造成極性用反將會(huì)使電壓相位變化180°，因而一般其一次、二次側(cè)都會(huì)標(biāo)出極性。
電壓互感器在運(yùn)行中一定要保證二次側(cè)不能短路，因?yàn)槠湓谶\(yùn)行時(shí)是一個(gè)內(nèi)阻極小的電壓源，正常運(yùn)行時(shí)負(fù)載阻抗很大，相當(dāng)于開路狀態(tài)，二次側(cè)僅有很小的負(fù)載電流。若二次側(cè)短路時(shí)，負(fù)載阻抗為零，將產(chǎn)生很大的短路電流，巨大的發(fā)熱會(huì)將互感器燒壞，甚至導(dǎo)致發(fā)生設(shè)備爆炸事故。
在運(yùn)行中為了達(dá)到對(duì)電壓互感器的良好保護(hù)，可以采取以下措施：
(1) 二次側(cè)熔斷器是保證電壓互感器安全運(yùn)行的可靠措施，必須選擇適當(dāng)?shù)娜蹟嗥?，并加裝閉鎖裝置。
(2) 為避免開口三角繞組兩端在電壓不平衡的情況下，長時(shí)間存在較高電壓。在開口三角繞組兩端加裝并聯(lián)電阻，并聯(lián)電阻在開口三角感應(yīng)出零序電壓時(shí)，使零序電流得以流通，對(duì)高壓線圈產(chǎn)生去磁作用，從而也能抑制諧振。
(3) 在絕緣監(jiān)察裝置回路中，為了使絕緣監(jiān)察繼電器和電壓表能正確反映電網(wǎng)的接地故障，還必須注意與電壓互感器以及結(jié)構(gòu)等有關(guān)的問題。即為了反映每相對(duì)地電壓，電壓互感器高壓側(cè)的每相繞組必須接在相與地之間，高壓繞組必須呈星形接地，而且還要有中性點(diǎn)接地，同時(shí)，電壓互感器的低壓側(cè)兩繞組也必須有一點(diǎn)接地。
(4) 在10 kv以下配電網(wǎng)絡(luò)中，電源側(cè)的中性點(diǎn)是不直接接地的，電壓互感器的中性點(diǎn)接地。因此由于系統(tǒng)操作，開關(guān)合閘不同期及單相接地等原因，常常出現(xiàn)過電壓，引起電壓互感器高壓熔絲熔斷、冒煙甚至燒毀。因此必須選用伏安特性比較好的電壓互感器或在中性點(diǎn)加裝阻尼電阻。
(5) 對(duì)于電容式電壓互感器，有一個(gè)末屏點(diǎn)，也就是一次線圈的非極性端。在運(yùn)行中末屏可以采取兩種方式：一種是末屏直接接地，這樣在雷擊或者振蕩等情況下，一次側(cè)若出現(xiàn)過電壓可以有效防止燒毀；如果末屏不直接接地，那么必須在末屏和地之間設(shè)擊穿間隙，這樣在出現(xiàn)過電壓時(shí)能夠通過間隙放電而釋放。
2 電壓互感器故障處理
2.1 電壓互感器二次熔絲熔斷
當(dāng)互感器二次熔絲熔斷時(shí)，會(huì)出現(xiàn)下列現(xiàn)象：有預(yù)告音響；“電壓回路斷線”光字牌會(huì)亮；電壓表、有功和無功功率表的指示值會(huì)降低或到零；故障相的絕緣監(jiān)視表計(jì)的電壓會(huì)降低或到零；“備用電源消失”光字牌會(huì)亮；在變壓器、發(fā)電機(jī)嚴(yán)重過流時(shí)，互感器熔絲熔斷，低壓過流保護(hù)可能誤動(dòng)。
處理方法：首先根據(jù)現(xiàn)象判斷是什么設(shè)備的互感器發(fā)生故障，退出可能誤動(dòng)的保護(hù)裝置。如低電壓保護(hù)、備用電源自投裝置、發(fā)電機(jī)強(qiáng)行勵(lì)磁裝置、低壓過流保護(hù)等。然后判斷是互感器二次熔絲的哪一相熔斷，在互感器二次熔絲上下端，用萬用表分別測量兩相之間二次電壓是否都為100
v。如果上端是100 v，下端沒有100 v，則是二次熔絲熔斷，通過對(duì)兩相之間上下端交叉測量判斷是哪一相熔絲熔斷，進(jìn)行更換。如果測量熔絲上端電壓沒有100
v，有可能是互感器隔離開關(guān)輔助接點(diǎn)接觸不良或一次熔絲熔斷，通過對(duì)互感器隔離開關(guān)輔助接點(diǎn)兩相之間，上下端交叉測量判斷是互感器隔離開關(guān)輔助接點(diǎn)接觸不良還是互感器一次熔絲熔斷。如果是互感器隔離開關(guān)輔助接點(diǎn)接觸不良，進(jìn)行調(diào)整處理。如果是互感器一次熔絲熔斷，則拉開互感器隔離開關(guān)進(jìn)行更換。
2.2 電壓互感器一次熔斷器熔斷
故障現(xiàn)象與二次熔絲熔斷一樣，但有可能發(fā)“接地”光字牌。因?yàn)榛ジ衅饕幌嘁淮稳蹟嗥魅蹟鄷r(shí)，在開口三角處電壓有33v，而開口三角處電壓整定值為30
v，所以會(huì)發(fā)“接地”光字處理方法，與二次熔絲熔斷一樣。要注意互感器一次熔斷器座在裝上高壓熔斷器后，彈片是否有松動(dòng)現(xiàn)象。
2.3 電壓互感器擊穿熔斷器熔斷
凡采用b相接地的互感器二次側(cè)中性點(diǎn)都有一個(gè)擊穿互感器的擊穿熔斷器，熔斷器的主要作用是：在b相二次熔絲熔斷的時(shí)候，即使高壓竄入低壓，仍能使擊穿熔絲熔斷而使互感器二次有保護(hù)接地，保護(hù)人身和設(shè)備的安全，其擊穿熔斷器電壓約500
v。故障現(xiàn)象與互感器二次熔絲熔斷一樣，此時(shí)更換b相二次熔絲，一換上好的熔絲就會(huì)熔斷。不要盲目將熔絲容量加大，要查清原因，是否互感器擊穿熔絲已熔斷。只有將擊穿熔絲更換了，b相二次熔絲才能夠換上。互感器
一、二次熔斷器熔斷及擊穿熔斷器熔斷，在現(xiàn)象上基本一致，查找時(shí)一般是先查二次熔斷器及輔助接點(diǎn)，再查一次熔斷器，最后查擊穿熔斷器、互感器內(nèi)部是否故障，如果發(fā)電機(jī)在開機(jī)時(shí)，發(fā)電機(jī)互感器一次熔斷器經(jīng)常熔斷又找不出原因，則有可能是由互感器鐵磁諧振引起。
2.4 電壓互感器冒煙損壞
電壓互感器冒煙損壞本體會(huì)冒煙，并有較濃的臭味；絕緣監(jiān)視表計(jì)的電壓有可能會(huì)降低，電壓表，有功、無功功率表的指示有可能降低，發(fā)電機(jī)互感器冒煙，可能有“定子接地”光字牌亮，母線互感器冒煙，可能有“電壓回路斷線”，“備用電源消失”等光字牌亮。
處理方法：如果在互感器冒煙前一次熔斷器從未熔斷，而二次熔斷器多次熔斷，且冒煙不嚴(yán)重?zé)o一次絕緣損傷象征，在冒煙時(shí)一次熔斷器也未熔斷，則應(yīng)判斷為互感器二次繞組間短路引起冒煙，在二次繞組冒煙而沒有影響到一次絕緣損壞之前，立即退出有關(guān)保護(hù)、自動(dòng)裝置，取下二次熔斷器，拉開一次隔離開關(guān)，停用互感器。
對(duì)充油式互感器，如果在冒煙時(shí)，又伴隨著較濃臭味，互感器內(nèi)部有不正常的噪聲；繞組與外殼或引線與外殼之間有火花放電；冒煙前一次熔斷器熔斷2~3次等現(xiàn)象之一時(shí)，應(yīng)判斷為一次側(cè)絕緣損傷而冒煙。如是發(fā)電機(jī)互感器冒煙，則應(yīng)立即用解列發(fā)電機(jī)的方法，如是母線互感器則用停母線的方法停用互感器。此時(shí)，決不能用拉開隔離開關(guān)的方法停用互感器。
2.5 單相接地故障
現(xiàn)象：故障相電壓降低或?yàn)榱?，其他兩相相電壓升高或上升到線電壓。接地相的判別方法為：
（1） 如果一相電壓指示到零，另兩相為線電壓，則為零的相即為接地相。
（2） 如果一相電壓指示較低，另兩相較高，則較低的相即為接地相。
（3） 如果一相電壓接近線電壓，另兩相電壓相等且這兩相電壓較低時(shí)，判別原則是“電壓高，下相糟”，即按a、b、c 相序，哪一相電壓高，則其下相可能接地。適用于系統(tǒng)接地但未斷線的故障，記下故障象征就可以避免檢修人員盲目查線。
2.6 鐵磁諧振
所謂鐵磁諧振就是由于鐵心飽和而引起的一種躍變過程，系統(tǒng)中發(fā)生的鐵磁諧振分為并聯(lián)鐵磁諧振和串聯(lián)鐵磁諧振［1，2］。激發(fā)諧振的情況有：電源對(duì)只帶互感器的空母線突然合閘，單相接地；合閘時(shí)，開關(guān)三相不同期。所以諧振的產(chǎn)生是在進(jìn)行操作或系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)出現(xiàn)。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，互感器的非線性電感往往與該系統(tǒng)的對(duì)地電容構(gòu)成鐵磁諧振，使系統(tǒng)中性點(diǎn)位移產(chǎn)生零序電壓，從而使接互感器的一相對(duì)地產(chǎn)生過電壓，這時(shí)發(fā)出接地信號(hào)，很容易將這種虛幻接地誤判別為單相接地。在合空母線或切除部分線路或單相接地故障消失時(shí)，也有可能激發(fā)鐵磁諧振。此時(shí)，中性點(diǎn)電壓（零序電壓）可能是基波（50
hz）、也可能是分頻（25 hz）或高頻（100~150 hz）。經(jīng)常發(fā)生的是基波諧振和分頻諧振。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)電源向只帶互感器的空母線突然合閘時(shí)易產(chǎn)生基波諧振；當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，兩相電壓瞬時(shí)升高，三相鐵心受到不同的激勵(lì)而呈現(xiàn)不同程度的飽和，易產(chǎn)生分頻諧振。
從技術(shù)上考慮，為了消除鐵磁諧振，可以采取以下措施：選擇勵(lì)磁特性好的電壓互感器或改用電容式電壓互感器；在同一個(gè)10
kv配電系統(tǒng)中，應(yīng)盡量減少電壓互感器的臺(tái)數(shù)；在三相電壓互感器一次側(cè)中性點(diǎn)串接單相電壓互感器或在電壓互感器二次開口三角處接入阻尼電阻；在母線上接入一定大小的電容器，使容抗與感抗的比值小于001，避免諧振；系統(tǒng)中性點(diǎn)裝設(shè)消弧線圈；采用自動(dòng)調(diào)諧原理的接地補(bǔ)償裝置，通過過補(bǔ)、全補(bǔ)和欠補(bǔ)的運(yùn)行方式，來較好地解決此類問題。
3 電壓互感器故障案例分析
案例1：
2003年7月10日，某供電公司110 kv變電站發(fā)生10 kv母線電壓互感器一次側(cè)三相熔絲因雷擊諧振熔斷的故障，10
kv系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。事后檢查，發(fā)現(xiàn)中性點(diǎn)所接消諧電阻正常，中性點(diǎn)絕緣正常，勵(lì)磁特性在正常范圍，二次回路絕緣正常，更換高壓熔絲后，電壓互感器又恢復(fù)正常運(yùn)行。雷擊時(shí)工頻和高頻鐵磁諧振過電壓的幅值一般較高，可達(dá)額定值的3倍以上，起始暫態(tài)過程中的電壓幅值可能更高，危及電氣設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)。工頻諧振過電壓可導(dǎo)致三相對(duì)地電壓同時(shí)升高，或引起虛幻接地現(xiàn)象。分頻鐵磁諧振可導(dǎo)致相電壓低頻擺動(dòng)，勵(lì)磁感抗成倍下降，過電壓并不高，一般在2倍額定值以下，但感抗下降會(huì)使勵(lì)磁回路嚴(yán)重飽和，勵(lì)磁電流急劇加大，電流大大超過額定值，導(dǎo)致鐵心劇烈振動(dòng)，使電壓互感器一次側(cè)熔絲過熱燒毀。
可見，一次內(nèi)部絕緣對(duì)于高電壓等級(jí)的電壓互感器十分重要。建議制造廠改變?cè)O(shè)計(jì),加強(qiáng)最下節(jié)瓷套和油箱電磁單元電氣連接部分的絕緣強(qiáng)度，嚴(yán)格設(shè)計(jì)工藝，保持各連接線對(duì)地及器件之間的距離，必要時(shí)由裸導(dǎo)線更換為絕緣導(dǎo)線（或進(jìn)行絕緣包扎），嚴(yán)格出廠試驗(yàn)和外協(xié)器件的質(zhì)量把關(guān)，確實(shí)有效地防止類似故障的發(fā)生。
案例2：
2002年6月，某站35 kv的電容式電壓互感器投運(yùn)后，不到半個(gè)月就發(fā)生a相燒損事故，更換后，a相、b相又相繼燒損。根據(jù)當(dāng)時(shí)的運(yùn)行記錄和氣侯條件，發(fā)現(xiàn)曾有雷電活動(dòng)，在此期間，伴隨有嚴(yán)重的兩相電壓升高和一相電壓降低的情況，兩相電壓由2021
kv升到40 kv，另一相降至3 kv。故障后對(duì)該設(shè)備進(jìn)行了高壓試驗(yàn)，介損和絕緣電阻未發(fā)現(xiàn)問題，空載試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一次繞組存在匝間短路。繼續(xù)拆卸，發(fā)現(xiàn)z中的阻尼電阻燒斷，與補(bǔ)償電抗器并聯(lián)的避雷器已擊穿。內(nèi)部tv的一次繞組內(nèi)側(cè)所有絕緣材料全部燒焦炭化。繞組本身的漆包線的漆膜被烤掉，但繞組本身未發(fā)現(xiàn)變形、熔斷及局部過熱現(xiàn)象。整個(gè)線包在解體過程中排列仍然整齊，屬熱擊穿。說明一次繞組中存在短時(shí)大電流。由于油箱體積小，散熱不良，導(dǎo)致發(fā)熱嚴(yán)重，溫度急劇升高，將絕緣燒損。
由以上案例可以看出，我國35 kv系統(tǒng)是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，在不投入消弧線圈的運(yùn)行方式下，易發(fā)生由于單相接地造成的系統(tǒng)過電壓，尤其是弧光接地過電壓。這樣就會(huì)出現(xiàn)兩相電壓升高、一相電壓降低的現(xiàn)象。而tv內(nèi)部采用速飽和特性鐵心，在此電壓作用下出現(xiàn)飽和，產(chǎn)生1/3次諧波，導(dǎo)致自身諧振。頻繁的接地會(huì)使阻尼電阻長期消諧而最終發(fā)熱燒斷。失去阻尼后，再出現(xiàn)過電壓，避雷器就會(huì)動(dòng)作，并很快擊穿而失效。此時(shí)一次電流迅速增大，而且幅值很高，產(chǎn)生大量熱量。累積效應(yīng)使絕緣材料的溫度不斷增加，最終熱擊穿。
為了避免內(nèi)部發(fā)熱擊穿，可改變c1、c2的分壓比，降低內(nèi)部tv的一次額定電壓。同時(shí)阻尼電阻的容量不能太小，必須增大阻尼電阻功率。現(xiàn)場也可采取臨時(shí)措施在二次側(cè)串入阻尼電阻，以增強(qiáng)阻尼效果。同時(shí)跟蹤油色譜，有利于發(fā)現(xiàn)內(nèi)部異常及時(shí)采取措施處理。
案例3：
1999年2月某500 kv變電站，500 kv線路a相電容式電壓互感器在電網(wǎng)正常運(yùn)行條件下，發(fā)生故障，與之相關(guān)的保護(hù)誤發(fā)信號(hào)，3個(gè)二次電壓線圈全部無電壓輸出。該電容式電壓互感器型號(hào)為tyd
500／-0005h，故障發(fā)生后，在運(yùn)行狀態(tài)下，電氣試驗(yàn)人員分別直接對(duì)3個(gè)二次電壓線圈進(jìn)行輸出電壓測量，確認(rèn)電壓輸出為零（正常狀態(tài)分別為577
v和100 v），現(xiàn)場檢查電容式電壓互感器外觀正常也無異音現(xiàn)象。
分壓電容器和油箱電磁單元正常狀態(tài)下，承受的額定電壓為13 kv，而整臺(tái)電容式電壓互感器承受的電壓為500
kv;如電磁單元部分對(duì)地短接，不承受13 kv的電壓，二次將失去電壓輸出，對(duì)設(shè)備整相承受電壓的能力影響較小。而假設(shè)電容分壓器的其中之一存在缺陷，該節(jié)將承受較低的電壓，其他節(jié)承受的電壓升高，會(huì)造成整臺(tái)設(shè)備運(yùn)行異常，有二次電壓輸出但不是正常值，設(shè)備會(huì)有異音發(fā)出或損壞。如果電磁單元的變壓器一次端斷線，電壓將不能正常傳遞，二次失去電壓輸出；若分壓電容器的電容量變大，二次電壓輸出且會(huì)降低。由此可見，在電容式電壓互感器能夠承受系統(tǒng)正常電壓的前提下，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以確定二次失去電壓的原因與電容量的變化無關(guān)，第1～3節(jié)瓷套和第4節(jié)瓷套中的電容本身正常，故障原因可能為：①電磁單元變壓器一次引線斷線或接地；②分壓電容器中存在瞬時(shí)短路；③與電磁單元中變壓器并聯(lián)的氧化鋅避雷器擊穿導(dǎo)通；④油箱電磁單元燒壞、進(jìn)水受潮等其他故障。
隨后對(duì)設(shè)備停電，通過電氣試驗(yàn)對(duì)故障原因進(jìn)一步分析，并拆開分壓電容檢查，發(fā)現(xiàn)電磁單元變壓器至分壓電容器之間的連接線因過長而與箱殼碰接，并有明顯的燒傷放電痕跡，分別測量電磁單元變壓器和氧化鋅避雷器的絕緣電阻均在10
gω以上。隨后將該連接線縮短，并用絕緣材料包扎固定，回裝完畢后，再經(jīng)試驗(yàn)檢驗(yàn)其正常，該故障點(diǎn)消除。
4 結(jié)論
在實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行中，電壓互感器是一次與二次電氣回路之間連接的重要設(shè)備。隨著技術(shù)的不斷更新，新材料的不斷涌現(xiàn)，光電式互感器等新型的互感器已經(jīng)不斷涌現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)和具體器件各不相同，這就首先需要在了解其特點(diǎn)的基礎(chǔ)上不斷總結(jié)使用的經(jīng)驗(yàn)和故障處理的方法，才能保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。