王國(guó)琨 孫曉黎

摘要：隨著科技在不斷的發(fā)展，社會(huì)在不斷的進(jìn)步，針對(duì)一起運(yùn)行中的35kV電壓互感器爆炸故障，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)不接地系統(tǒng)中，為了監(jiān)控電力系統(tǒng)的運(yùn)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(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生鐵磁諧振，引起虛假接地現(xiàn)象，鐵心飽和會(huì)出現(xiàn)過(guò)電壓和大電流，長(zhǎng)時(shí)間的大電流會(huì)使高壓側(cè)熔絲熔斷，重則會(huì)引起電壓互感器爆炸和停電事故，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

1故障概況

2017年4月，110kV某變?cè)谶M(jìn)行35kV 1線斷路器由運(yùn)行轉(zhuǎn)熱備用操作時(shí)，切除35kV 1線空載線路時(shí)產(chǎn)生的操作過(guò)電壓導(dǎo)致35kV I母電壓互感器A、B相爆炸。故障前運(yùn)行方式為110kV某變110kV#1主變、#2主變高壓側(cè)并列運(yùn)行，中低壓側(cè)分列運(yùn)行；110kV#1主變中壓側(cè)接于35kV I母，35kV I母運(yùn)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(kāi)關(guān)柜旁，電壓互感器頂部環(huán)氧樹(shù)脂外殼因熱膨脹而大部分損壞。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試一次、二次繞組對(duì)地絕緣電阻為零，即一次繞組對(duì)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(shù)脂外殼右側(cè)面部分損壞?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試一次繞組對(duì)地絕緣電阻為零，二次繞組絕緣電阻合格，一次繞組對(duì)地之間發(fā)生短路。

（3）電壓互感器C相外觀無(wú)明顯異常?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試一次、二次繞組對(duì)地絕緣電阻合格，勵(lì)磁特性合格，僅有環(huán)氧樹(shù)脂燒蝕的黑色粉塵散落在側(cè)面。

（4）現(xiàn)場(chǎng)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(guò)程分析：

通過(guò)對(duì)OPEN3000系統(tǒng)數(shù)據(jù)和保護(hù)裝置檢查、保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間先后整理，保護(hù)動(dòng)作分析如下：因該變電站承擔(dān)鋼廠負(fù)荷，鋼廠合閘期間，系統(tǒng)受到擾動(dòng)，達(dá)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(guò)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(huì)飽和，但在過(guò)電壓情況下，鐵芯磁通密度升高，鐵芯飽和，電感會(huì)迅速下降，產(chǎn)生很大的一次諧振電流，保險(xiǎn)過(guò)熱熔斷，熔斷時(shí)發(fā)生爆炸引起弧光短路，由1號(hào)主變后備保護(hù)正確動(dòng)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(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有將故障電壓互感器隔離，同時(shí)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(shí)峰值電流最大為4A，因此熔斷器不可能快速熔斷，長(zhǎng)時(shí)間過(guò)流使得熔斷器熔體出現(xiàn)熔斷的斷口，電弧持續(xù)復(fù)燃，產(chǎn)生的操作過(guò)電壓使故障進(jìn)一步擴(kuò)大，造成電壓互感器B、A相相繼爆炸，帶電粉塵導(dǎo)致相間空氣間隙擊穿。（3）在將35kV 1線斷路器由運(yùn)行轉(zhuǎn)熱備用操作時(shí)，切除空載線路（35kV 1線）產(chǎn)生操作過(guò)電壓激發(fā)，而電壓互感器未安裝消諧器，導(dǎo)致35kV I母設(shè)備、電纜對(duì)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(duì)尚未安裝消諧器的母線電壓互感器進(jìn)行清理，并結(jié)合停電計(jì)劃安裝一次消諧器。發(fā)生下列情況時(shí)應(yīng)采用微機(jī)二次消諧器：采用一次消諧器導(dǎo)致電壓不平衡或零序電壓超出保護(hù)整定值；采用一次消諧器導(dǎo)致電磁式電壓互感器一次中性點(diǎn)絕緣損壞；防護(hù)斷線諧振或電磁式電壓互感器僅兩相運(yùn)行情況下的鐵磁諧振。（2）選用電子式、電磁式或勵(lì)磁特性較好的電壓互感器對(duì)于諧振系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以消除系統(tǒng)諧振。近年來(lái)電子式電壓互感器廣泛應(yīng)用于智能化變電站，無(wú)鐵心線圈，因此可避免發(fā)生諧振，但仍需大量的實(shí)踐檢測(cè)。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(fù)載，可應(yīng)用于易發(fā)生鐵磁諧振的場(chǎng)合，但其結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，故障率高，并存在二次諧振的風(fēng)險(xiǎn)；勵(lì)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(lì)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(fù)正常運(yùn)行包括以下三方面的措施：在開(kāi)口三角兩端接入阻尼電阻、在高壓中性點(diǎn)與地之間接入阻尼電阻、在開(kāi)口三角兩端接入專用消諧裝置等。分頻諧振導(dǎo)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(zhǎng)時(shí)間的分頻諧振造成互感器內(nèi)部絕緣嚴(yán)重劣化，最終導(dǎo)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(xùn)，基于問(wèn)題點(diǎn)不斷優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)，并加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行人員的培訓(xùn)，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(jí)絕緣電磁式電壓互感器選用帶限壓間隙型消諧器。（5）對(duì)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(yīng)結(jié)合停電計(jì)劃安裝電磁式電壓互感器飽和型微機(jī)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(yīng)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(zhǎng)度不應(yīng)小于60cm、150cm，60s內(nèi)熔體的熔斷電流應(yīng)小于2A。具體選擇：基于系統(tǒng)額定相對(duì)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(yǔ)

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(gè)過(guò)程確實(shí)非常完整和具體的將保護(hù)和一次設(shè)備的配合性給我們呈現(xiàn)出來(lái)。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(rèn)識(shí)到繼電保護(hù)正確動(dòng)作的重要性。要針對(duì)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(shí)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(yùn)行。同時(shí)也告誡我們檢修人員，只有扎實(shí)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(guò)此次電壓互感器爆炸故障分析，應(yīng)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(jī)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(xiàn)：

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（作者單位：大連第一互感器有限責(zé)任公司）