１０ｋＶ接地變消弧線圈中性點(diǎn)避雷器擊穿的原因分析及處理建議

馬　驍　陸　豐　徐勇俊

摘要：分析了金華電業(yè)局110kV下潘變10kV 2#接地變消弧線圈中性點(diǎn)避雷器擊穿的主要原因：避雷器的額定電壓和持續(xù)電壓偏低，同時(shí)系統(tǒng)發(fā)生諧振，產(chǎn)生過(guò)電壓，造成避雷器擊穿。并指出在運(yùn)行中，為消除諧振，保證預(yù)定的消弧線圈脫諧度使網(wǎng)絡(luò)處于過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)運(yùn)行，可調(diào)整消弧線圈檔位，改變系統(tǒng)參數(shù)。

關(guān)鍵詞：消弧線圈；中性點(diǎn)避雷器；避雷器擊穿；處理方法

0前言

我國(guó)6~10kV中壓配電網(wǎng)中，當(dāng)單相接地電容電流大于規(guī)程規(guī)定值時(shí)，大多采用消弧線圈補(bǔ)償接地方式。利用消弧線圈的電感電流補(bǔ)償配電網(wǎng)接地電弧的恢復(fù)電壓上升速度，使電弧能夠自行熄滅，從而提高配電網(wǎng)的供電可靠性?，F(xiàn)金華電網(wǎng)110kV變電站的10kV系統(tǒng)通常采用預(yù)調(diào)自動(dòng)跟蹤過(guò)補(bǔ)償方式，殘流和脫諧度都很小，利用阻尼電阻限制中性點(diǎn)電壓，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，阻尼電阻短接，電感電流補(bǔ)償電容電流，達(dá)到熄弧目的。

運(yùn)行中，由于外部配電網(wǎng)線路單相接地?cái)嗑€，引起參數(shù)變化，導(dǎo)致系統(tǒng)諧振發(fā)生；同樣也可能造成同一個(gè)站兩個(gè)

不同10KV系統(tǒng)（分裂運(yùn)行）因輸電線的耦合形成系統(tǒng)串聯(lián)諧振，產(chǎn)生危險(xiǎn)的過(guò)電壓，造成電網(wǎng)設(shè)備絕緣損壞。

1 事故簡(jiǎn)要經(jīng)過(guò)

2008年8月26日晚110kV下潘變10kV 2#接地變速斷保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)開(kāi)關(guān)。經(jīng)查看110kV下潘變微機(jī)故障錄波器10kVⅠ、Ⅱ母線錄波報(bào)告后發(fā)現(xiàn)，22時(shí)05分37秒下潘變微機(jī)故障錄波器啟動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)派人檢查，打開(kāi)2#接地變小室，發(fā)現(xiàn)2#接地變中性點(diǎn)避雷器擊穿，擊穿后的避雷器情況見(jiàn)圖1。從分析錄波報(bào)可看出10kVⅠ、Ⅱ段母線B相電壓有明顯的振蕩波形，10kVⅠ段母線B相從發(fā)生故障到故障消失共計(jì)800ms，其中Ⅰ段母線B相從不完全接地到完全接地約300ms，而從完全接地到恢復(fù)正常（接地變開(kāi)關(guān)跳開(kāi)）約500ms。

2 相關(guān)試驗(yàn)情況

系統(tǒng)恢復(fù)正常后，高壓試驗(yàn)人員對(duì)2#接地變做了全套試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1及表2。

由于避雷器擊穿，高壓試驗(yàn)人員查看了避雷器上次的試驗(yàn)結(jié)果。見(jiàn)表2。

可見(jiàn)，上次避雷器絕緣電阻正常，無(wú)受潮表現(xiàn)。

3 原因分析

3.1 系統(tǒng)接線情況

系統(tǒng)接線情況如圖2所示，故障發(fā)生時(shí)，10kVⅠ、Ⅱ段母線并列運(yùn)行，2#接地變消弧線圈接10kVⅡ段母線運(yùn)行，中性點(diǎn)避雷器擊穿后2#接地變消弧線圈退出運(yùn)行。下潘變接地變?yōu)閆型接地變，接地變的作用是在系統(tǒng)為△型接線或Y型接線中性點(diǎn)無(wú)法引出時(shí)，引出中性點(diǎn)用于加接消弧線圈。Z型接地變鐵芯為三相三柱式，每一鐵芯柱上有兩個(gè)匝數(shù)相等、繞向相同的繞組反極性串聯(lián)使通過(guò)線圈的電流大小相等，方向相反。其主要特點(diǎn)是：當(dāng)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)(即三相平衡負(fù)荷時(shí))，Z型變的勵(lì)磁電流很小，故損耗很小，呈高阻狀態(tài)；當(dāng)發(fā)生單相接地故障產(chǎn)生零序電壓時(shí)，則呈低阻狀態(tài)，變壓器對(duì)地能產(chǎn)生故障電流。由于Z型變具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、損耗小等優(yōu)勢(shì)，因而作為接地系統(tǒng)的輔助設(shè)備得以廣泛應(yīng)用[1]。

3.2原因分析

2008年8月26日110kV下潘變2#接地變中性點(diǎn)避雷器擊穿，經(jīng)查為10kV饋線B相接地，線路單相接地，造成線路參數(shù)匹配變化；線路單相接地2#消弧線圈補(bǔ)償投入運(yùn)行；消弧線圈投入運(yùn)行后，引發(fā)系統(tǒng)諧振過(guò)電壓（現(xiàn)場(chǎng)查故障錄波裝置電壓波形A、B相在這時(shí)間段有明顯的振蕩波形），引起不對(duì)稱電壓和消弧線圈補(bǔ)償度的變化，導(dǎo)致中性點(diǎn)位移電壓發(fā)生變化。系統(tǒng)雖然允許在諧振條件下運(yùn)行一段時(shí)間，但此時(shí)中性點(diǎn)位移電壓增大很多倍，過(guò)高的中性點(diǎn)位移電壓 ，使三相對(duì)地電壓極不平衡。此時(shí)避雷器泄漏電流中的阻性電流分量在極短的時(shí)間內(nèi)突然增大，產(chǎn)生大量的功耗使電阻片溫度異常升高，直至破壞（圖1）。

由于下潘變2#消弧線圈中性點(diǎn)避雷器采用HY5W12-10/27的額定電壓偏低（10kV）、持續(xù)運(yùn)行電壓偏低（8kV），通流容量嚴(yán)重不足，在此接地狀態(tài)下，熱能量在避雷器內(nèi)部迅速聚集，很快形成避雷器熱崩潰，導(dǎo)致避雷器損壞，引發(fā)擊穿事故。

對(duì)各方面調(diào)查的情況進(jìn)行分析，MOA事故原因69%為質(zhì)量問(wèn)題，25%為運(yùn)行不當(dāng)，6%為選型不當(dāng)。而內(nèi)部受潮直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，是引起MOA擊穿事故的主要原因。從下潘變2#消弧線圈中性點(diǎn)避雷器擊穿及其殘骸可以看出，電阻片兩端噴鋁面有大電流通過(guò)后的放電斑痕，明顯是通流容量不足，造成MOA的額定電壓和持續(xù)運(yùn)行電壓取值偏低。

在此之前，金華電網(wǎng)的110kV變電站已發(fā)生多次類似事故，例如2008年5月15日110kV磁都變的2#接地變中性點(diǎn)避雷器擊穿、2008年7月18日110kV冠山變1#接地變中性點(diǎn)避雷器擊穿，此類接地變中性點(diǎn)避雷器頻繁擊穿已經(jīng)成為金華電網(wǎng)安全生產(chǎn)中的重大隱患，是我們急需解決的問(wèn)題。

3.3 避雷器選擇標(biāo)準(zhǔn)

按照理論， 一般根據(jù)暫時(shí)過(guò)電壓確定避雷器的額定電壓，如110kV以上的系統(tǒng)。而對(duì)于3～66kV的非有效接地系統(tǒng)而言，由于允許接地長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，因此只能按照暫時(shí)過(guò)電壓確定避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓 ，再確定額定電壓 。

氧化鋅避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓 的確定原則：系統(tǒng)長(zhǎng)期施加于避雷器上的電壓小于避雷器的持續(xù)運(yùn)行電壓 。系統(tǒng)最高電壓 倍系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，它除了受送電端變壓器分接頭調(diào)控外，還因長(zhǎng)線路電容效應(yīng)等影響，可能進(jìn)一步升高，出現(xiàn)在系統(tǒng)中的任何一點(diǎn)。根據(jù)《進(jìn)口交流無(wú)間隙金屬氧化鋅避雷器技術(shù)規(guī)范》DL/T613-1997中5.1.4的變壓器額定電壓選擇技術(shù)要求：變壓器中性點(diǎn)避雷器的雷電保護(hù)因素不得小于1.25，宜盡量選擇額定電壓較高的避雷器。一般用于直接接地系統(tǒng)時(shí)，不低于系統(tǒng)最高相電壓。非直接接地系統(tǒng)可按10s以上切除故障的線端避雷器額定電壓選?。▓D3）。

3.4 綜合分析

對(duì)金華地區(qū)幾乎所有的110kV變電站10kV系統(tǒng)接地變消弧線圈中性點(diǎn)避雷器配置情況進(jìn)行全面的核查登記，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出，金華地區(qū)110kV變電站10kV系統(tǒng)接地變消弧線圈中性點(diǎn)避雷器選型雜亂、沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而且有一些避雷器的額定電壓和持續(xù)運(yùn)行電壓取值偏低，容易造成金華電網(wǎng)運(yùn)行可靠性的降低，建議安排計(jì)劃進(jìn)行更換。綜上所述：10kV系統(tǒng)的變壓器中性點(diǎn)避雷器額定電壓推薦為17kV，應(yīng)將原HY5WZ2-10/27等型號(hào)的避雷器更換成YH5WZ-17/45(額定電壓17kV、避雷器殘壓45kV，參考電壓24kV，持續(xù)運(yùn)行電壓13.6kV)，以滿足系統(tǒng)運(yùn)行需要，避免類似事故再次發(fā)生。

結(jié)論

氧化鋅避雷器的額定電壓和持續(xù)運(yùn)行電壓取值偏低，同時(shí)系統(tǒng)因10kV母線發(fā)生單相接地引起參數(shù)變化，消弧線圈將中性點(diǎn)位移電壓放大了若干倍引發(fā)過(guò)電壓，造成2008年8月26日110kV下潘變10kV接地變中性點(diǎn)避雷器擊穿。

由于在實(shí)際電網(wǎng)中，常需改變運(yùn)行方式（如投入或開(kāi)端線路及與本文所述類似的故障情況），相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)對(duì)地容抗亦隨之變化，為了保證預(yù)定的消弧線圈脫諧度，保證網(wǎng)絡(luò)處于過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)運(yùn)行，要調(diào)整消弧線圈檔位，改變系統(tǒng)參數(shù)，消除諧振條件。此項(xiàng)工作可由消弧線圈的配套裝置自動(dòng)跟蹤來(lái)完成。

參考文獻(xiàn)

[1] 于立濤等.浦項(xiàng)站中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的方案與設(shè)計(jì)[J].繼電器,2004,(20):43-45.

[2] 隋國(guó)正.6-10kV電力系統(tǒng)氧化鋅避雷器的選擇[J].電器時(shí)代,2002,( 4):43-44.

作者簡(jiǎn)介：馬驍：1977-，男，技師，主要從事高電壓試驗(yàn)等方面技術(shù)工作

陸豐：1969-，男，助工，主要從事高電壓試驗(yàn)等方面技術(shù)工作

徐勇俊：1985-，男，助工，主要從事高電壓試驗(yàn)等方面技術(shù)工作