電壓互感器爆炸原因解析及防治措施

王國琨 孫曉黎

摘要：隨著科技在不斷的發(fā)展，社會在不斷的進步，針對一起運行中的35kV電壓互感器爆炸故障，結(jié)合現(xiàn)場檢查情況及鐵磁諧振仿真技術(shù)分析了35kV電壓互感器爆炸的原因，并提出了防治措施。

關(guān)鍵詞：電壓互感器；爆炸；鐵磁諧振；消諧器

在35kV中性點不接地系統(tǒng)中，為了監(jiān)控電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，安裝了大量的電磁式電壓互感器。由于電壓互感器在受到某些擾動時，會產(chǎn)生鐵磁諧振，引起虛假接地現(xiàn)象，鐵心飽和會出現(xiàn)過電壓和大電流，長時間的大電流會使高壓側(cè)熔絲熔斷，重則會引起電壓互感器爆炸和停電事故，嚴重影響系統(tǒng)的安全運行。

1故障概況

2017年4月，110kV某變在進行35kV 1線斷路器由運行轉(zhuǎn)熱備用操作時，切除35kV 1線空載線路時產(chǎn)生的操作過電壓導致35kV I母電壓互感器A、B相爆炸。故障前運行方式為110kV某變110kV#1主變、#2主變高壓側(cè)并列運行，中低壓側(cè)分列運行；110kV#1主變中壓側(cè)接于35kV I母，35kV I母運行于35kV 1線、35kV 2線、35kV 3線。

2故障檢查情況

（1）A相一次、二次繞組明顯燒損，有短路現(xiàn)象，一次繞組首端引出套管因爆炸散落在開關(guān)柜旁，電壓互感器頂部環(huán)氧樹脂外殼因熱膨脹而大部分損壞?，F(xiàn)場測試一次、二次繞組對地絕緣電阻為零，即一次繞組對二次繞組及地之間發(fā)生短路。電壓互感器A相檢查情況如圖1所示。（2）B相一次繞組明顯燒損，電壓互感器垂直方向一次繞組所在截面破裂，環(huán)氧樹脂外殼右側(cè)面部分損壞。現(xiàn)場測試一次繞組對地絕緣電阻為零，二次繞組絕緣電阻合格，一次繞組對地之間發(fā)生短路。

（3）電壓互感器C相外觀無明顯異?！，F(xiàn)場測試一次、二次繞組對地絕緣電阻合格，勵磁特性合格，僅有環(huán)氧樹脂燒蝕的黑色粉塵散落在側(cè)面。

（4）現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，35kV I母電壓互感器A、B、C三相均未安裝消諧器。

3事故過程分析：

通過對OPEN3000系統(tǒng)數(shù)據(jù)和保護裝置檢查、保護動作的時間先后整理，保護動作分析如下：因該變電站承擔鋼廠負荷，鋼廠合閘期間，系統(tǒng)受到擾動，達到電壓互感器鐵磁諧振（分頻諧振）條件，產(chǎn)生電磁振蕩，形成諧振過電壓，造成遙信顯示虛假接地現(xiàn)象，接地告警頻發(fā)。電壓互感器在正常工作電壓下，鐵芯磁通密度不高，鐵芯不會飽和，但在過電壓情況下，鐵芯磁通密度升高，鐵芯飽和，電感會迅速下降，產(chǎn)生很大的一次諧振電流，保險過熱熔斷，熔斷時發(fā)生爆炸引起弧光短路，由1號主變后備保護正確動作，切除了故障，全所失電，電弧爆炸造成了柜內(nèi)設(shè)備燒損。

4原因分析

（1）由仿真的電壓波形可知，35kV母線電壓互感器A、B相損壞是由鐵磁諧振引起的，35kV I母發(fā)生1/2分頻諧振；電壓互感器A相繞組絕緣故障持續(xù)惡化，電壓互感器B、C相飽和產(chǎn)生工頻諧振，引起A、B相斷路，最后發(fā)展為三相短路。（2）分頻諧振引起電壓互感器A相繞組絕緣故障后，熔斷器長時間沒有將故障電壓互感器隔離，同時35kV電壓互感器熔斷器熔體熔斷電流為4A（有效值），而1/2分頻諧振時峰值電流最大為4A，因此熔斷器不可能快速熔斷，長時間過流使得熔斷器熔體出現(xiàn)熔斷的斷口，電弧持續(xù)復燃，產(chǎn)生的操作過電壓使故障進一步擴大，造成電壓互感器B、A相相繼爆炸，帶電粉塵導致相間空氣間隙擊穿。（3）在將35kV 1線斷路器由運行轉(zhuǎn)熱備用操作時，切除空載線路（35kV 1線）產(chǎn)生操作過電壓激發(fā)，而電壓互感器未安裝消諧器，導致35kV I母設(shè)備、電纜對地電容電流與35kV母線電壓互感器發(fā)生鐵磁諧振。

5防治措施

（1）對尚未安裝消諧器的母線電壓互感器進行清理，并結(jié)合停電計劃安裝一次消諧器。發(fā)生下列情況時應采用微機二次消諧器：采用一次消諧器導致電壓不平衡或零序電壓超出保護整定值；采用一次消諧器導致電磁式電壓互感器一次中性點絕緣損壞；防護斷線諧振或電磁式電壓互感器僅兩相運行情況下的鐵磁諧振。（2）選用電子式、電磁式或勵磁特性較好的電壓互感器對于諧振系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)進行調(diào)整，以消除系統(tǒng)諧振。近年來電子式電壓互感器廣泛應用于智能化變電站，無鐵心線圈，因此可避免發(fā)生諧振，但仍需大量的實踐檢測。需合理選用安全性及可靠性較好的電壓互感器；電容式電壓互感器是屬于電容性質(zhì)的負載，可應用于易發(fā)生鐵磁諧振的場合，但其結(jié)構(gòu)相對復雜，故障率高，并存在二次諧振的風險；勵磁特性好的電磁式電壓互感器的鐵心不易飽和，可以避免出現(xiàn)諧振，其勵磁特性曲線近似于線性，因此可考慮采用呈容性的電磁式電壓互感器。（3）抑制或消除諧振，以促使電網(wǎng)恢復正常運行包括以下三方面的措施：在開口三角兩端接入阻尼電阻、在高壓中性點與地之間接入阻尼電阻、在開口三角兩端接入專用消諧裝置等。分頻諧振導致設(shè)備損壞，因此需系統(tǒng)化分析分頻諧振的誘因，高幅值的、長時間的分頻諧振造成互感器內(nèi)部絕緣嚴重劣化，最終導致熱量大量積聚，出現(xiàn)電壓互感器爆炸故障，因此需從中吸取教訓，基于問題點不斷優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)，并加強對運行人員的培訓，以提升辨別和處理系統(tǒng)異常的能力。（4）全絕緣電磁式電壓互感器選用不帶限壓間隙型消諧器，而分級絕緣電磁式電壓互感器選用帶限壓間隙型消諧器。（5）對安裝一次消諧器后仍發(fā)生熔斷器頻熔或電壓互感器頻繁損壞的變電站，應結(jié)合停電計劃安裝電磁式電壓互感器飽和型微機二次消諧裝置。（6）為防止35kV電壓互感器絕緣故障熔斷器能有效切除故障，應選擇質(zhì)量較優(yōu)廠家的產(chǎn)品，10kV、35kV電磁式電壓互感器熔斷器熔體長度不應小于60cm、150cm，60s內(nèi)熔體的熔斷電流應小于2A。具體選擇：基于系統(tǒng)額定相對地電壓與直流電阻的比值，選擇熔斷器最小熔斷電流。

6結(jié)語

雖然這只是一起典型的鐵磁諧振引起的電壓互感器柜爆炸事故，事故發(fā)生的整個過程確實非常完整和具體的將保護和一次設(shè)備的配合性給我們呈現(xiàn)出來。在此次事故中，我們看到了鐵磁諧振的重大危害，也讓我們認識到繼電保護正確動作的重要性。要針對不同變電站的不同情況，合理選擇抑制鐵磁諧振的方法，切實保障人身、電網(wǎng)、設(shè)備的安全，保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。同時也告誡我們檢修人員，只有扎實的理論基礎(chǔ)配上果敢、冷靜的頭腦，和勤勤懇懇的工作態(tài)度，才能更好的將工作做好。通過此次電壓互感器爆炸故障分析，應在所有電壓互感器上安裝一次、二次消諧器，按需求配備電磁式電壓互感器飽和型微機二次消諧裝置，選擇合格的熔斷器，防止頻繁出現(xiàn)電壓互感器爆炸及熔斷器熔斷事故。

參考文獻：

[1]顏冰，錢國超，馬儀，等.電容式電壓互感器運行異常分析[J].云南電力技術(shù)2014（4）：106-108.

[2]陳化鋼.電力設(shè)備異常運行及事故處理手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2009.

（作者單位：大連第一互感器有限責任公司）