變電站10 kV母線PT故障原因及防范

林 劍 ，余建華 ，黃海鯤

（1.福建省三明電業(yè)局，福建 三明 365000；2.福建省電力科學(xué)研究院，福建 廈門 350007）

0 引言

目前變電站10 kV母線PT均安裝了二次微機(jī)消諧器，抑制諧振過電壓并穩(wěn)定系統(tǒng)中性點(diǎn)，但當(dāng)XCO/XLO＜＜0.01時(shí)不能很好抑制過電流，仍會(huì)出現(xiàn)燒毀電壓互感器或使一次高壓保險(xiǎn)熔斷器熔斷的問題，應(yīng)綜合考慮電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行方式變化對(duì)系統(tǒng)情況的影響進(jìn)行分析。

1 故障現(xiàn)象

玉華變電站主變壓器在運(yùn)行狀態(tài)，10 kV帶桃村Ⅰ、Ⅱ回兩路出線。桃村Ⅰ回帶有部分負(fù)荷，10 kV桃村Ⅱ回963線路空載。10 kVⅠ段母線PT二次開口三角處加裝二次消諧器。

玉華變電站10 kVⅠ段母線PT分別于2009年8月8日、8月18日、2010年2月1日損壞，均為10 kV系統(tǒng)母線電壓異常告警，各相電壓輪流上升為線電壓（表1），高壓熔絲熔斷。PT有燒焦味、表面完好，互感器一次對(duì)二次及地絕緣正常，二次與二次之間絕緣正常，一次繞組電阻變小、空載無(wú)法測(cè)出，PT一次線圈內(nèi)部燒毀。

2 故障分析

2.1 故障查找

故障發(fā)生時(shí)10 kV帶桃村Ⅰ、Ⅱ回兩路出線未發(fā)現(xiàn)線路接地，2009年7月測(cè)量10 kV帶桃村Ⅰ、Ⅱ回兩路電容電流為2.1 A。

二次短路或二次過載問題。根據(jù)以上情況分析，PT發(fā)生的燒毀現(xiàn)象，主要集中在一次高壓部分，如二次部分無(wú)損傷，可以證明不屬于二次短路或二次過載問題。

產(chǎn)品質(zhì)量問題。如果是產(chǎn)品本身質(zhì)量問題，一次繞組有疊匝現(xiàn)象，樹脂澆注有氣孔缺陷，一次繞組的漆包線絕緣皮及層間絕緣有局部擊穿現(xiàn)象不會(huì)出現(xiàn)一次絕緣均勻燒毀。

表1 U、V、W相電壓變化 kV

鐵磁諧振問題。電壓互感器是典型的非線性電感（鐵心線圈）元件，與電網(wǎng)線路對(duì)地電容形成鐵磁諧振并聯(lián)回路，也可能和其它電器設(shè)備的電容形成串聯(lián)諧振回路，在一定的外界激發(fā)條件下，由于某種原因造成的中性點(diǎn)位移等，從而發(fā)生諧振，因此電壓互感器的內(nèi)部一次繞組不可避免地通過了很大的容性電流使電壓互感器燒毀。

2.2 原因分析

技術(shù)人員對(duì)故障PT返廠，將燒毀電壓互感器放置在專用互感器高溫固化爐內(nèi)，箱內(nèi)恒溫200～220℃ ，時(shí)間為6 h。將燒毀電壓互感器取出，用專用的木錘和扁鏟將互感器表面樹脂鑿下，待鑿到一次繞組時(shí)，將一次繞組表面的樹脂清理干凈，查看線圈表面均完好無(wú)損,沒有出現(xiàn)線圈燒毀痕跡。然后采用扁鏟縱向切剖，剖開后可以看到一次繞組內(nèi)部線圈的漆包線及層間絕緣從內(nèi)到外均勻燒毀,漆包線表面絕緣漆皮脫落,露出裸露銅線,層間絕緣（δ0.1 PMP電容器紙）已經(jīng)粉化（圖1）。線圈的主絕緣及二次繞組則完好無(wú)損，一次繞組也無(wú)疊匝現(xiàn)象，樹脂澆注內(nèi)部也無(wú)未發(fā)現(xiàn)氣孔及雜質(zhì)等缺陷。

圖1 故障PT解體情況

根據(jù)上述現(xiàn)象：1）二次繞組完好無(wú)損，可以證明不屬于二次短路或二次過載問題。2）一次繞組損壞程度均勻，無(wú)事故引發(fā)點(diǎn)，可以證明不屬于電壓互感器和線圈本身局部缺陷造成。3）通過表1電壓數(shù)據(jù)波動(dòng)情況及產(chǎn)品的一次繞組均勻損壞程度上分析，應(yīng)屬于系統(tǒng)發(fā)生了典型的鐵磁諧振，使電壓互感器的鐵心嚴(yán)重飽和，電壓互感器的激磁阻抗與系統(tǒng)的對(duì)地電容將形成非線性諧振回路，互感器的勵(lì)磁電流甚至可達(dá)到額定勵(lì)磁電流的百倍以上，極大的激磁電流引起電壓互感器嚴(yán)重過電壓最終導(dǎo)致電壓互感器燒毀。

經(jīng)對(duì)10 kV桃村Ⅰ回出線負(fù)荷情況檢查，平時(shí)10kV桃村Ⅰ回與將樂公司110kV水南變10kV母線連接，熱備用不帶負(fù)荷。故障發(fā)生時(shí)，因110kV水南變110 kV部分檢修，10 kV負(fù)荷由10 kV桃村Ⅰ回帶。經(jīng)了解故障發(fā)生時(shí)110 kV水南變10 kV饋線發(fā)現(xiàn)接地。

2010年2月9日測(cè)量220 kV玉華變10 kV母線電容電流為16.3 A（連110 kV水南變饋線）。據(jù)此可以認(rèn)為110 kV水南變110 kV檢修，10 kV饋線轉(zhuǎn)由玉華變10 kV帶桃村Ⅰ帶，造成電容電流超過規(guī)程電容電流不得大于10A規(guī)定，因110kV水南10 kV饋線接地單相短路，較大的電容電流發(fā)生間歇性電弧故障，較高的故障過電壓使玉華變10 kV母線PT的鐵磁電感飽和，發(fā)生鐵磁諧振，進(jìn)而造成PT燒毀。

3 防范及改進(jìn)措施

雖然在玉華變電站10 kV母線PT二次開口三角兩端接入二次微機(jī)消諧器，此方案在抑制諧振過電壓并對(duì)穩(wěn)定系統(tǒng)中性點(diǎn)有很好的作用，但當(dāng)XCO/XLO＜＜0.01時(shí)就不能很好抑制過電流，燒毀電壓互感器或使一次高壓保險(xiǎn)熔斷器熔斷，而且該方式不能抑制基頻或分頻諧振。

在玉華變10 kV母線PT高壓側(cè)中性點(diǎn)串聯(lián)LXQ型Sic非線性消諧電阻器。此種方法不僅能很好的限制在單相接地恢復(fù)時(shí)產(chǎn)生的涌流，避免頻繁熔斷熔斷器，還能較有效的抑制系統(tǒng)發(fā)生的鐵磁諧振，保證相關(guān)設(shè)備安全。

在在玉華變10 kV母線安裝消弧線圈，在玉華變10 kV帶桃村Ⅰ帶110 kV水南變10 kV饋線時(shí)投入，抑制電容電流，防止諧振發(fā)生。

4 結(jié)語(yǔ)

三明電業(yè)局于2010年4月完成了措施整改，玉華變10 kV母線PT至今運(yùn)行正常，未再發(fā)生故障。目前變電站10 kV母線PT均安裝了二次微機(jī)消諧器，但此方案對(duì)于抑制鐵磁諧振未能起到有效作用。在測(cè)量電容電流時(shí)應(yīng)考慮在最大方式下測(cè)量，才能及時(shí)掌握電容電流情況。在故障分析及采取防范措施時(shí)，應(yīng)考慮系統(tǒng)全部運(yùn)行方式的情況，才能有效分析出故障原因及時(shí)采取有效措施。