变电站微机消谐装置安装在电压互感器（TV）的二次侧，对电压互感器开口三角电压（零序电压，以下简称为3U₀）进行循环检测并诊断，判断系统是否发生接地、过电压、谐振故障，当诊断系统发生铁磁谐振时，则迅速投入大功率消谐元件，使铁磁谐振在阻尼作用下快速消除^[1]。但当微机消谐装置频繁启动消谐时，会导致电压互感器因剩余电压绕组长时间流过大电流而过热烧损^[2]。本文通过对2次电压互感器烧损事故进行调查，分析微机消谐装置的工作原理及存在的问题，并提出相应的改造方案与建议。

2015年6月，110 kV商混变电站和220 kV装备变电站接连发生了10 kV电压互感器烧损事故，事故均造成站内2组电压互感器同时烧损。上述2个变电站10 kV系统主接线形式均为单母线分段接线，如图 1所示，两段母线分别安装了981、982 2组电压互感器。

图1(Figure 1)

图 1 单母线分段主接线图

2015-06-04，110 kV商混变电站1号主变压器351进线带35 kVⅠ母、Ⅱ母运行，951进线带10 kV Ⅰ母、Ⅱ母运行，35 kV310分段间隔及10 kV910分段间隔运行，2号主变压器热备用。20：28：25，变电站小电流接地选线装置报921商砼Ⅶ线接地，20：28： 26，10 kVⅠ母、Ⅱ母微机消谐装置报谐振信号，20： 30：05，1号主变压器保护低后备过流一段保护动作，跳开910分段断路器，10 kVⅠ母失电。

事故后检查发现：982电压互感器小车炸裂，电压互感器烧坏；981电压互感器U相一次保险烧毁，互感器本体外表无烧损痕迹，试验发现其变比、直阻均不合格，零序电压回路从互感器接线柱到微机消谐装置的电缆以及装置内部的引入线均烧损严重。

2015-06-30，220 kV装备变电站1号主变压器101进线带110 kVⅠ母、Ⅱ母运行，951进线带10 kV Ⅰ母、Ⅱ母运行，110 kV112母联间隔及10 kV910分段间隔运行，2号主变压器热备用。19：24：54，变电站微机消谐装置报10 kVⅠ母、Ⅱ母接地，小电流接地选线装置报911线路接地，19：25：03，10 kVⅠ母、 Ⅱ母微机消谐装置报谐振信号，19：28：27，911线路过流三段动作跳闸，19：33：39，1号主变压器保护低压侧过流T1时限动作跳开910分段断路器，10 kVⅡ母失电。

事故后检查发现：982电压互感器小车炸裂，电压互感器烧坏，柜内避雷器、穿柜套管等均烧毁；981电压互感器外表无烧损痕迹，但是W相试验不合格，零序电压回路从互感器接线柱到微机消谐装置的电缆以及装置内部的引入线均烧损严重，见图 2所示。

图2(Figure 2)

图 2 装备变电站981消谐装置内部烧损照片

2次事故共同点为系统均发生了单相接地故障，而后10 kVⅠ母、Ⅱ母微机消谐装置均报谐振信号，由主变压器低压侧后备保护跳开910分段隔离故障点。对事故过程及设备损坏情况检查发现，系统的短路点位于982电压互感器高压柜内，其他一次设备没有明显的短路烧损痕迹，而981电压互感器仅剩余电压绕组二次回路烧损严重。分析事故原因可知，当系统发生单相接地时，引发铁磁谐振，电压互感器一次侧流过谐振电流，一次熔断器熔断以保护电压互感器，但由于熔断器断弧能力有限，造成了弧光接地或相间接地短路，最后发展成三相短路，982电压互感器小车上的电压互感器、熔断器等设备全部烧坏，而981电压互感器在系统发生持续性的弧光接地短路过程中，消谐装置频繁投入大功率消谐元件，即频繁将固态继电器接点导通，导致零序电压回路短路而发热，981电压互感器剩余电压绕组二次回路烧损。

在10 kV中性点不接地系统中,母线上的电磁式电压互感器需要将中性点接地以获取相电压，系统在充空载母线、单相接地消失或者系统负荷急剧变化时，可能导致电压互感器铁心饱和，引发铁磁谐振，造成系统过电压和电压互感器过电流，从而导致高压熔丝熔断、电压互感器烧毁或爆炸^{[3, 4, 5, 6, 7, 8]}。

目前，在防止铁磁谐振的方法中，电压互感器一次侧串接非线性电阻和电压互感器开口三角绕组接微机消谐装置效果比较明显^{[6, 7, 8]}。鄂尔多斯电业局变电站不接地系统大多将上述2种方法结合起来用于消除谐振（见图 3所示），图 3中R0为电压互感器一次侧串接的非线性电阻，零序电压3U₀则接入微机消谐装置。

图3(Figure 3)

图 3 电压互感器接线原理图

微机消谐装置主要由采样元件、消谐元件、中央控制单元、液晶显示屏、微型打印机等构成（如图 4所示），而大功率消谐元件则均采用固态继电器，固态继电器工作原理如图 5所示。

图4(Figure 4)

图 4 微机消谐装置构成

图5(Figure 5)

图 5 固态继电器工作原理

在系统正常运行情况下，电压互感器3U₀小于30 V，微机消谐装置内的固态继电器处于阻断状态，30 V时，装置对3U₀进行分析计算后，依据微机消谐装置的动作判据（见表 1）判定故障类型^[1]，并迅速启动消谐电路，将固态继电器接点导通，使铁磁谐振在阻尼作用下迅速消失，其工作原理见图 6所示。若产生的谐振为基波谐振，则会伴有假接地及过电压现象^[5]，装置会发出接地或过电压信号，但是无法参与消谐，其消谐功能主要由电压互感器一次侧串接的非线性电阻R₀完成。

表1(Table 1)

表 1 微机消谐装置动作判据

表 1 微机消谐装置动作判据

图6(Figure 6)

图 6 微机消谐装置工作原理

当10 kV系统发生谐振时，微机消谐装置将固态继电器接点（晶闸管）导通，由于其内阻很小，一般仅为几毫欧^[9]，相当于将零序电压短接，在正常情况下，经过几个周波之后，谐振就会消除，不会对电压互感器造成危害。但如果装置发生故障或者系统发生罕见的持续性弧光接地，频繁产生弧光过电压，微机消谐装置频繁启动消谐程序使固态继电器接点频繁导通，则会造成零序电压回路长期流过大电流而过热，导致电压互感器内部绕组以及从电压互感器二次端子至消谐装置的二次电缆烧毁，进而烧损微机消谐装置^[2]。

为避免电压互感器在系统发生铁磁谐振时烧损，则需防止零序电压回路在消谐过程中长时间短接，按照电磁式电压互感器的制造标准，短接时间不能超过1 s^[10]。

事故发生后，对变电站微机消谐装置进行了统计排查，并与厂家联系确认，发现多个厂家2011年之前生产的微机消谐装置存在此类隐患。考虑到零序电压回路的特殊性，不能装设熔断器或者空气开关，相关厂家技术人员制订了改造方案：在微机消谐装置内部零序电压输入回路中串接大功率保护电阻，如图 7所示。图 7中，R_b为增加的大功率电阻，电阻值约5 Ω。在消谐过程中，固态继电器接点导通，相当于在电压互感器开口三角绕组串接1个5 Ω的阻尼电阻，可以迅速消除铁磁谐振，满足抑制谐振的要求^[11]。当装置故障或系统发生长时间弧光接地故障导致固态继电器接点频繁导通时，零序电压回路短路电流会因串接的大功率保护电阻大大降低，避免电压互感器烧损。在个别极端情况下，若谐振仍未消除，则熔断大功率保护电阻以隔离微机消谐装置，从而保护电压互感器及相关二次设备。

图7(Figure 7)

图 7 微机消谐装置改造方案

改造方案确定后，结合排查结果和厂家反馈信息，鄂尔多斯电业局对管辖的全部变电站微机消谐装置进行了改造，将投运8 a以上的微机消谐装置（12台）更换为最新批次的产品；将投运8 a以内的微机消谐装置（100台以上）加装保护电阻，改造方案实施至今再未发生同类电压互感器烧损事故。

改造完毕后，在总结检查过程中发现上述改造方案仍存在一定的问题，其加装的保护电阻R_b实际相当于在微机消谐装置内部加装了1个限流熔断器，由于系统正常运行时3U₀很小，电阻熔断后无法及时发现，也就相当于微机消谐装置失去了作用。当母线或线路发生接地、谐振、过电压等故障时，装置将无法采集零序电压，基本的故障检测告警功能也将丢失。此外，由于零序电压回路串接电阻，运行过程中该电阻产生的压降会影响装置的采样精度，特别是在消谐过程中，固态继电器接点导通后零序电压大部分都分布在该电阻上，而装置采集到的固态继电器接点两端的电压很小，将无法准确进行故障判别。

通过对改造方案存在的问题进行分析可知，大功率电阻R_b的安装位置至关重要。将大功率电阻R_b安装在消谐回路而不是正常的监视回路中则既可以保证大功率电阻在消谐过程中起到保护作用，不影响装置的采样精度，又满足了在电阻熔断后，装置仍能够准确采集3U₀，继续进行3U₀检测，判断故障类型并发出告警信号，优化后的改造方案如图 8所示。系统正常运行时，固态继电器接点为阻断状态，R_b串接固态继电器接点后与采样元件并联，不影响零序电压的采样精度。在装置判断故障类型为谐振后，固态继电器接点瞬时导通进行消谐，该过程不会产生持续的大电流，大功率电阻R_b不会发热熔断。当消谐装置发生故障或者频繁启动消谐程序导致固态继电器接点长时间导通时，回路中将持续流过大电流，大功率电阻R_b熔断，起到保护电压互感器、消谐装置以及相关二次设备不被烧损的作用。

图8(Figure 8)

图 8 微机消谐装置改造方案优化

目前，鄂尔多斯电业局部分变电站的消谐装置已按照优化方案进行了改进，且达到了预期的效果，下一步将该优化方案推广应用至其余的消谐装置改造工程中。

在电网不接地系统中，微机消谐装置不仅能起到检测接地、谐振、过电压故障的作用，还能在系统发生铁磁谐振后启动大功率消谐元件进行消谐，但当消谐装置发生故障或系统特殊故障导致固态继电器接点长时间导通时，可能会造成零序电压回路长时间流过大电流，烧损电压互感器、微机消谐装置及二次电缆等设备。本文通过对2起电压互感器烧损事故进行分析，提出了将微机消谐装置固态继电器接点串接大功率可熔断电阻的方案，很好地解决了这一问题，在实践中应用效果显著。同时建议在消谐装置定期检查中增加相关检查项目，在变电站发生长时间接地或谐振后，也应对消谐装置进行专项检查。