10kV電壓互感器損壞原因分析及防范措施

王昊

【摘要】供配電室電壓互感器由于鐵磁諧振過電壓造成的損壞時有發(fā)生。本文對一起供配電室10kV系統(tǒng)電壓互感器損壞的事故進行分析，并提出在電壓互感器一次側中性點與地之間串接消諧電阻的對策來防止事故。

【關鍵詞】電壓互感器 諧振過電壓 鐵磁諧振 防范措施

1前言

在中性點非直接接地電力系統(tǒng)中，由于變壓器、電壓互感器等設備鐵心電感的磁路飽和作用，激發(fā)產(chǎn)生持續(xù)的較高幅值的鐵磁諧振過電壓。由于此類諧振過電壓頻率遠低于額定頻率，鐵心處于高度飽和狀態(tài)，勵磁電流增大，嚴重時將在電壓互感器中出現(xiàn)過電流，甚至造成電壓互感器爆裂。

2諧振過電壓致使電壓互感器損壞的事故

2.1故障現(xiàn)象

2009年4月19日15：24，鋼軋空壓站高壓配電室內發(fā)出爆炸聲，并將窗戶玻璃震裂，值班人員到達配電室后發(fā)現(xiàn)10kVI段母線電壓互感器柜門被炸開，電壓互感器爆裂，且電壓互感器高壓側熔斷器熔斷。

2.2事故原因分析

2.2.1鐵磁諧振

鐵磁諧振是由鐵心電感元件，如發(fā)電機、變壓器、電壓互感器、電抗器、消弧線圈等和和系統(tǒng)的電容元件，如輸電線路、電容補償器等形成共諧條件，激發(fā)持續(xù)的鐵磁諧振，使系統(tǒng)產(chǎn)生諧振過電壓。

2.2.2鐵磁諧振產(chǎn)生原因

電力系統(tǒng)中許多元件是屬于電感性的或電容性的，如電力變壓器、互感器、發(fā)電機、消弧線圈為電感元件，補償用的并或串聯(lián)電容器組、高壓設備的寄生電容為電容元件，而線路各導線對地和導線間既存在縱向電感又存在橫向電容，這些元件組成復雜的LC振蕩回路，在一定的能源作用下，特定參數(shù)配合的回路就會出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。由于鐵芯電感的磁通和電流之間的非線性關系，電壓升高導致鐵芯電感飽和，極容易使電壓互感器發(fā)生鐵磁諧振。在中性點不接地系統(tǒng)中，如果不考慮線路的有功損耗和相間電容，僅考慮電壓互感器電感L與線路的對地電容Co，當C大到一定值，且電壓互感器不飽和時，感抗大于容抗。而當電壓互感器上電壓上升到一定數(shù)值時，電壓互感器的鐵芯飽和，感抗小于容抗，這樣就構成了諧振條件，造成鐵磁諧振。

2.2.3事故原因

事故發(fā)生時鋼軋空壓站配電室沒有進行倒閘操作，且負荷運行穩(wěn)定，電網(wǎng)頻率沒有變化，判定非所內故障造成電壓互感器爆裂，應為10kV系統(tǒng)內線路發(fā)生單相弧光接地所致。（后發(fā)現(xiàn)同10kV系統(tǒng)中另一配電室有臺高壓電機單相弧光接地引起相間短路）。由于短路故障造成未接地的兩相B、C相電壓升高倍，對系統(tǒng)產(chǎn)生擾動，在這一瞬間電壓突變過程中，電壓互感器高壓線圈的非接地兩相的勵磁電流就要突然增大，甚至飽和，飽和后的電壓互感器勵磁電感變小，此時若系統(tǒng)網(wǎng)絡的對地電感與對地電容相匹配，就形成共振回路，激發(fā)各種鐵磁諧振過電壓。同時，感抗下降會使勵磁回路嚴重飽和，勵磁電流急劇加大，大大超過額定值，而電壓互感器柜內所裝設的二次消諧保護裝置在大電流情況下，消諧電阻熔斷，使得電壓互感器二次側線路造成短路。同時電壓互感器在大電流運行狀態(tài)下，自身的溫度也迅速升高，在其中大量絕緣介質會受熱氣化，體積急速膨脹，當壓強積累到一定程度時便產(chǎn)生了電壓互感器炸裂。

3預防措施

根據(jù)鐵磁諧振的發(fā)生條件和穩(wěn)態(tài)特點，可從（1）改變電感電容參數(shù)以破壞諧振條件；（2）吸收與消耗諧振能量以抑制諧振的產(chǎn)生，或使其受阻尼而消失兩個方面來消除鐵磁諧振。由于更換防鐵磁諧振性能的JSZFR-10G型電壓互感器成本高，為了進一步挖潛增效，實現(xiàn)公司利益最大化，提出電壓互感器一次側中性點與地之間串接消諧電阻來實現(xiàn)阻尼與限流作用，可有效地抑制發(fā)生接地時電壓互感器與故障回路引起的鐵磁諧振，在一定程度上緩解電壓互感器的損傷情況。

4結語

針對變配電所10kV系統(tǒng)電壓互感器諧振過電壓事故，分析了事故發(fā)生的原因，并結合實際工作經(jīng)驗對諧振過電壓給出了具體防范對策：在電壓互感器一次側中性點與地之間串接消諧電阻。通過改造后的運行情況來看，效果良好，且簡單易行，三年內沒有出現(xiàn)同類事故，有效提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，提高供電安全性和可靠性。

參考文獻：

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