(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

亭子口10kV電磁式電壓互感器燒損事故案例綜述

丘書通

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

亭子口10kV中性點不接地系統(tǒng)運行過程中，因母線一10kV饋線負荷的進線高壓電纜頭存在缺陷和受潮，單相放電引起絕緣損壞導致接地，同時非故障相因接地故障電壓升高絕緣擊穿導致相間短路，引起母線PT發(fā)生諧振現(xiàn)象的同時又造成PT鐵芯飽和過熱爆裂的事故，根據(jù)此次PT燒損事件的現(xiàn)場檢查及事故原因分析，結合現(xiàn)場運行狀況，得出此次PT燒毀引起的問題主要是PT發(fā)生超低頻諧振時，鐵芯熱飽和以及PT剩余電壓繞組過流未得到有效扼制而引起。筆者通過查找大量相關事故案例文獻，結合專業(yè)班組給出的事故分析報告，針對PT分頻諧振及剩余電壓繞組過流未得到壓抑的主要原因，采取有效整改和防范措施。

10kV中性點不接地系統(tǒng) 電磁式電壓互感器 分頻諧振 剩余電壓繞組過流

1 10kV中性點不接地系統(tǒng)概況

亭子口10kV中性點不接地系統(tǒng),母線上裝設的電壓互感器為JDZX9-10型電磁式。高壓繞組額定電壓為10/√3kV，二次繞組額定電壓為0.1/√3kV，剩余繞組額定電壓為0.1/3kV。該電壓互感器為單相雙線圈全封閉結構，采用環(huán)氧真空樹脂澆注成型，鐵芯采用優(yōu)質冷軋硅鋼片繞成環(huán)形，一次繞組結成星形接于10kV系統(tǒng)為被測電壓，作為計量使用，二次繞組結成星形供測量(保護)使用，剩余繞組結成開口三角形，開口三角形的兩引出端與接地保護繼電器的電壓線圈聯(lián)接，開口三角處會在接地故障情況下產(chǎn)生一剩余電壓作為開關、母線繼電保護使用。正常運行時，電力系統(tǒng)的三相電壓對稱，開口三角輸出電壓為零。如果是母線或發(fā)生單相接地故障時，中性點電位出現(xiàn)位移，開口三角產(chǎn)生零序電壓使繼電器動作，從而對10kV系統(tǒng)母線起保護作用。PT開口三角線圈出現(xiàn)零序電壓則相應的鐵芯中就會出現(xiàn)零序磁通，鐵芯磁通飽和發(fā)熱，嚴重時會造成電壓互感器熱熔爆裂。

近期亭子口10kV中性點不接地系統(tǒng)，因母線一10kV饋線負荷的進線高壓電纜頭存在缺陷和受潮，單相接地，非故障相繼而因接地故障，電壓升高絕緣擊穿演變成相間短路，與此同時，同級母線上的電壓互感器(WYJ-821型)微機電壓互感器自動監(jiān)測裝置，監(jiān)測到單相接地故障發(fā)生，引起PT發(fā)生鐵磁諧振，又因非故障相過電壓擊穿絕緣造成相間短路，此過程中，母線PT先是因單相接地過電壓發(fā)生鐵磁諧振，引起PT鐵芯飽和，進而又因相間短路，發(fā)生PT的剩余繞組過電流，造成公用10kVⅣ段84PT、大壩10kVⅡ段88PT A相電壓互感器嚴重燒毀。通過回顧和分析，發(fā)現(xiàn)該起事故發(fā)生過程中，存在多處疑點和異常之處：

疑點1：電壓互感器A相鐵芯線圈發(fā)熱爆裂時，A相的一次側高壓熔斷器卻完好未熔斷；

疑點2：兩臺母線PT發(fā)生接地告警、嚴重過電壓、過電流時，僅A相電壓互感器發(fā)生線圈發(fā)熱爆裂，而其他B、C兩相卻未見異常；

疑點3：當單相接地故障演變?yōu)橄嚅g短路時，該故障點進線開關及上級電源開關保護未見動作；

疑點4：10kV兩處同級母線PT發(fā)生接地告警、嚴重過電壓、過電流故障時，同級母線上的進線PT卻未見異常。

筆者對該起電壓互感器燒損事故進行深度分析和探究，借此解決上述疑點和異常之處。

2 事故概述

2017年8月21日上午8時許，亭子口大壩配電10kV中性點不接地系統(tǒng)分段運行過程中，大壩10kVⅡ段一左岸灌渠箱式變因高壓側電纜端頭存在缺陷和受潮，在工頻額定電壓下存在局部放電，單相放電引起絕緣損壞導致接地，非故障相電壓升高絕緣擊穿導致相間短路，造成灌渠箱式變高壓側跌落熔斷器熔斷，接地相持續(xù)放電，此時該故障點負荷開關882保護裝置未動作，故障電流經(jīng)此開關回流至母線引起84PT、88PT諧振，造成PT鐵芯飽和發(fā)熱爆裂。事故前系統(tǒng)運行方式如圖1所示。

圖1 事故前系統(tǒng)運行方式

3 事故基本情況

3.1 事故設備

大壩配電10kVⅡ段一左岸灌渠箱式變、公用10kVⅣ段84PT、大壩10kVⅡ段88PT。

3.2 故障互感器的基本情況

(1)金屬封閉開關設備(PT柜)型號：GASI1—12/PT。

(2)型號：JDZX9-10型電壓互感器。

(3)電壓比：10000/√3/100/√3/100/3V。

(4)互感器額定輸出及相應準確級：0.2/3P級；30/100V·A。

(5)互感器極限輸出：400V·A。

(6)極限絕緣電壓：12kV。

3.3 故障現(xiàn)象

08∶04上位機報：“公用10kV IV段30號柜母線電壓互感器84PT接地告警”，“公用10kV IV段30號柜母線電壓互感器84PT測控裝置異?！?。

現(xiàn)場檢查：10kV IV段84PT電壓互感器監(jiān)測裝置(WYJ-821A)告警指示燈亮，10kV IV段母線電壓17.1kV；08∶1210kV IV段母線84PT柜頂有煙冒出，有焦糊味。

08∶12上位機報：“大壩變電所10kV開關柜11#饋線柜保護裝置異?！?。

3.4 故障檢查

現(xiàn)場檢查84PT、88PT電壓互感器本體均有不同程度的損傷，其中A相最嚴重，從下部縱向斷裂，并從裂縫中流出黑色膠狀物，顯然是環(huán)氧樹脂在高溫熔融并炭化后形成。B、C相卻無明顯的異常痕跡；PT三相的高壓限流熔斷器完好未被燒斷。

3.5 事故原因

由大量運行經(jīng)驗和實驗表明：在中性點不接地系統(tǒng)中，電壓互感器接成Y0/Y0/△的方式，其工作原理同一般鐵芯式電力變壓器相同，結構和接線方式也相似，主要特點是容量小，一次電壓比較恒定，不受二次負荷的影響，正常運行時接近于空載狀態(tài)。電磁式電壓互感器基本結構主要是由鐵芯和一、二次繞組組成，其二次繞組本身的阻抗很小，如二次繞組發(fā)生短路，過電流將急劇增長燒毀線圈。為此，電壓互感器的一次側接有高壓熔斷器，二次側可靠接地，以免一、二次側絕緣損毀時，二次側出現(xiàn)對地高電位而造成人身和設備事故。

當電壓互感器的電感和線路對地電容匹配時，可產(chǎn)生不同頻率的鐵磁諧振，常遇到的有三次諧波諧振、基波諧振和分頻諧振。從互感器損壞的情況看，互感器應是在相對較短的時間內(nèi)受到了難以承受的較大電流的作用，二次繞組在短期內(nèi)發(fā)熱使絕緣迅速損壞，發(fā)熱使樹脂熔融，造成的內(nèi)部膨脹使?jié)沧Ⅲw開裂，故障進一步擴大，互感器線圈中有大電流流過是造成互感器毀壞的直接原因。造成接地式電壓互感器繞組有大電流流過的原因主要有以下幾種：

(1)過電壓。在額定負荷下，互感器能在1.2倍額定一次電壓下長期運行，超過此電壓和時間范圍，互感器就有可能因大電流而燒毀；

(2)互感器二次短路(包括開口三角短路)。單相接地時，剩余電壓繞組開口三角處會產(chǎn)生一剩余電壓，在二次繞組的內(nèi)阻上，產(chǎn)生大電流，三相短路，促使互感器二次線圈短路，所有的電壓均降落，如果持續(xù)時間超過1s(互感器的額定耐受時間)，互感器將很快燒毀，這種事例在實際運行故障中時有發(fā)生；

(3)互感器的二次實際輸出超出了其極限輸出。超負荷維持的時間較長，則互感器也會因大電流而燒毀；

(4)1/2分頻諧振。1/2分頻諧振過電流并非由鐵磁諧振引起，而是由于相間短路后弧光接地，在開口三角等值零序回路中，對剩余電荷進行重新分配引致并疊加于工頻的過電流現(xiàn)象。系統(tǒng)的低頻諧振很容易使互感器鐵芯飽和，二次繞組形成的大電流將電壓互感器燒毀，這種情況在實際運行故障中最常見。

經(jīng)調查，兩臺PT的二次輸出是接在工控電壓表和微機PT測控裝置上，并未超出其額定值，因此第3種原因可以排除；剩下的1、2和4種原因都有可能使PT燒毀。一般情況下，如果單純的過電壓或單純的諧振對互感器的損壞多發(fā)生在單臺或兩臺PT上，三臺同時燒毀的情況很少見，互感器二次短路使三臺PT同時燒毀的充分條件是開口三角短路，該事故時有發(fā)生。因此查清電壓互感器是否開口三角短路是分析事故原因研究的重點。

4 疑點分析

針對上述幾處疑點和異?，F(xiàn)象進行分析如下：

4.1 84PT、88PT電壓互感器A相鐵芯線圈發(fā)熱爆裂時，A相的一次側高壓熔斷器卻完好未熔斷？

(1)分析：根據(jù)此次PT燒損事故的現(xiàn)場檢查及事故原因分析，A相的一次側高壓熔斷器未熔斷，系電壓互感器發(fā)生諧振時，10kV系統(tǒng)微機消諧裝置內(nèi)消諧元件的消諧感性電流能部分或全部地補償單相接地產(chǎn)生的容性電流，使電壓互感器一次側電流可大大降低，避免高壓熔斷器發(fā)生熔斷。

(2)結論：因此A相的一次側高壓熔斷器卻完好未熔斷。

4.2 兩臺母線PT發(fā)生接地告警、嚴重過電壓、過電流時，為何僅A相電壓互感器發(fā)生線圈發(fā)熱爆裂，而B、C兩相卻未見異常？

(1)分析：B、C兩相未見異常，系因左灌渠首箱式變終端桿跌落保險A、C兩相熔斷,B相未熔斷的影響所致。左灌渠首箱式跌落保險A相的熔斷,使單相接地突然消失，使PT中性點電位再次發(fā)生改變，對地電容儲存的電荷再次重新分配，此時非接地相在故障期間已充的電荷只能作用于電壓互感器高壓線圈。與此同時，由電磁是電壓互感器原理特性所知，母線PT二次側B相的過電流經(jīng)其自身的接地點轉移至大地，母線PT二次側C相的過電流后則經(jīng)B相的接地點轉移至大地中，如圖2所示。

圖2 Y0/Y0/Δ(開口三角形)接線形式的電壓互感器

(2)結論：因此B、C兩相外觀完好，一、二次側直阻正常。

4.3 當單相接地故障演變?yōu)橄嚅g短路時，為何該故障點進線開關及上級電源開關保護未見動作？

(1)分析：根據(jù)保護裝置情況分析：左岸灌溉渠首變壓器進線開關電纜發(fā)生單相接地故障，引起非故障相對地電壓升高，進而發(fā)展到三相短路，產(chǎn)生很大的短路電流使左岸灌溉渠首變壓器終端桿A、C相跌落保險熔斷。由于跌落保險先熔斷(熔斷時間約0.1s～0.2s，882開關過流I段延時0.3s)，使得故障電流躲過了開關保護動作的延時整定，大壩10kV負荷開關882保護裝置未動作。與此同時，該故障電流與故障持續(xù)的時間亦未能達到其10kV上級電源開關808、844的保護裝置動作條件。

(2)結論：因此故障點進線開關882及上級電源開關(808，844、)的保護裝置亦未動作。

4.4 10kV兩處同級母線PT發(fā)生接地告警、嚴重過電壓、過電流故障時，同級母線上的進線PT卻未見異常。

(1)分析：10kV母線上的進線PT采用的是V-V接線形式，其接線形式與母線PT有所不同，由V-V接線形式電壓互感器的原理特性所知，V-V接線方式不易引起系統(tǒng)諧振，不受系統(tǒng)的單相接地故障影響。

(2)結論：因此同級母線上的進線電壓互感器(808PT、804PT)卻未見異常。

5 事故防范措施

為了避免由于電磁式電壓互感器運行中的異常現(xiàn)象對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行造成影響，制定應對措施如下：

(1)根據(jù)此次PT燒損事件的情況及原因，舉一反三，立即對右岸灌溉渠首箱式變和其它廠用PT柜同類設備開展隱患排查，防止事件重復發(fā)生。

(2)為了減少10kV系統(tǒng)諧振概率，在10kVⅣ段84PT二次繞組回路中并聯(lián)一個200W220V的白熾燈，用于消耗電源提供給諧振的能量，能夠抑制鐵磁諧振過電壓，有利于提高電磁式電壓互感器的伏安特性。

6 結語

筆者在翻閱了大量同類型相似事故案例文獻，結合現(xiàn)場事故調查和專業(yè)班組給出的事故分析報告進行對比剖析，得出此次PT燒毀引起的問題主要是PT發(fā)生1/2分頻諧振時，鐵芯深度熱飽和以及PT剩余電壓繞組過流未得到有效抑制而造成。該起電氣事故，事故誘因較為特殊，系因單一接地故障演變成相間短路繼而引發(fā)母線PT發(fā)生多發(fā)性嚴重故障而燒毀。這嚴重不利于廠用電10kV中線點不接地系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，值得電力同行作為特殊案例引以為戒，并作為經(jīng)驗借鑒。

〔1〕陳志平,金向朝.10kV電磁式電壓互感器熔斷器頻繁燒毀事故分析[J].南方電網(wǎng)技術,2009,3(s1)：154-157.

〔2〕林 君.JDZX10-10型電壓互感器燒毀事故分析[J].電氣制造,2012(1)：64-66.

〔3〕謝偉強,張 赟.電磁式電壓互感器運行中的異?，F(xiàn)象及處理措施[J].電氣技術，2012(5)：88-89.

〔4〕李 強.中性點不接地系統(tǒng)電磁式電壓互感器問題綜述[J].華東電力.2011(09)：1549-1552.

TM451

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2095-1809(2017)06-0027-04

丘書通(1989.06-)，男，廣西陸川人，本科，助理電自工程師，從事水輪發(fā)電機組運行值班工作。