水電站變壓器中性點故障與接地探討

蘇丕紅

(中國水電顧問集團雙柏開發(fā)有限公司，云南 雙柏 675100)

1 引言

保護接地是電氣設(shè)備的主要安全措施之一。例如，在互感器中，其二次都要接地，目的就是防止互感器高壓側(cè)串入低壓側(cè)，導(dǎo)致低壓側(cè)絕緣損壞，從而造成設(shè)備損壞事故。又如，在中性點不接地系統(tǒng)中，為防止高壓側(cè)串入低壓側(cè)，使整個系統(tǒng)對地電壓升高，常采用下列措施:在變壓器低壓側(cè)安裝擊穿保險器JBO 并接地，當正常運行時，低壓電網(wǎng)與大地隔離，而使電網(wǎng)按中性點不直接接地的方式運行;而當高壓側(cè)串入低壓側(cè)時，保險器被擊穿，高壓電網(wǎng)形成單相接地電流，使保險裝置切斷高壓側(cè)電源，從而保護電氣設(shè)備［1］。

2 水電站變奪器中性點故障的原因分析

2.1 在過電壓下?lián)p壞(1)鐵磁諧振過電壓是導(dǎo)致110—220kV 串級式電壓互感器損壞或爆炸的山種常見過電壓。它是由斷路器均壓電容與母線電磁式電壓互感器在某些運行狀態(tài)下產(chǎn)生的串聯(lián)鐵磁諧振過電壓。這種過電壓大多數(shù)在有空母線的變電所，當打開最后一條線路的斷路器時發(fā)第五章配電設(shè)備典型故障診斷與處理233 生。這種過電壓造成電壓互感器損壞或爆炸的原因是:①過電壓幅值高，現(xiàn)場實測到的過電壓為1.65—3 倍額定電壓，在這樣高的電壓作用下，電壓互感器的勵磁電流急劇增加，有時可達幾十倍額定勵磁電流，這個電流將破壞絕緣，同時高壓使得絕緣擊穿，造成互感器事故;②過電流數(shù)值大。當斷路器的均壓電容與母線電磁式電壓互感器引起分頻諧振時，雖然電壓幅值并不高，但是磁通密度可達額定電壓下的3 倍，產(chǎn)生數(shù)值甚大的過電流，它將使得高壓繞組發(fā)熱嚴重，絕緣嚴重受烤，從而損壞電壓互感器，國內(nèi)目前對前一種過電壓研究較多，已引起充分重視［2］。(2)其他過電壓。運行經(jīng)驗表明，電壓互感器也有在雷電過電壓、工頻過電壓下?lián)p壞或爆炸的情況。例如有的電壓互感器在單相接地事故引起的電壓升高的作用下，不到幾分鐘就爆炸了。按理，電壓互感器應(yīng)當能承受這些過電壓，然而它卻爆炸了，這只能說明這些電壓互感器內(nèi)部有隱患，如設(shè)計裕度小，材質(zhì)和工藝差，若再加受潮，則很難承受這些過電壓［3］。

2.2 線圈絕緣不良線圈絕緣不良多半是由于電磁線材質(zhì)差、設(shè)計的絕緣裕度小、工藝不嚴格造成的。電壓互感器在較長時間內(nèi)采用漆包線，由于上漆工藝不良，漆包線掉漆，在表面形成較多針孔缺陷，繞制時導(dǎo)線露銅處未處理，線匝排列不均勻，有溝槽或重繞，導(dǎo)線“打結(jié)”，磨傷漆皮，引線焊接粗糙、掉錫塊，層間絕緣繞包不夠，線圈端部處理不好或采用層壓紙板端圈等，很容易發(fā)生匝間短路，層間和主絕緣擊穿。運行中引起互感器事故。

2.3 支架絕緣不良國產(chǎn)的110—220kV 電壓互感器一般均為串級式結(jié)構(gòu)，用絕緣支架夾緊鐵心，并支撐整個器身及相應(yīng)電位。支架材料一般選用酚醛層壓板或?qū)訅涵h(huán)氧玻璃布板，由于加工、處理不當，有分層、開裂現(xiàn)象;，水分和氣泡不易排除，故極易發(fā)生閃絡(luò)和內(nèi)層擊穿。另外，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計不周，裝配中使支架內(nèi)側(cè)穿心螺桿的螺母與鐵心的金屬壓接處脫開，致使運行中穿釘?shù)碾娢粦腋《烹?，不僅使油分解劣化，也直接影響了支架的絕緣強度［4］。

3 案例分析

某水電廠兩臺6300kW 的發(fā)電機中性點接地系統(tǒng)是經(jīng)FCD-6 型避雷器接地的小接地短路電流系統(tǒng)，在發(fā)電機定子回路采用絕緣監(jiān)察裝置監(jiān)視接地故障，監(jiān)察裝置的電壓信號取自三只JDZJ-10 型電壓互感器，其二次接線，發(fā)電機投入運行后多次出現(xiàn)非金屬性接地故障，接地信號的持續(xù)時間則有長有短，有時是瞬時性的［5］。

檢查及分析;值班人員對發(fā)電機及電壓互感器、勵磁變及相關(guān)引出線進行了全面檢查，均未發(fā)現(xiàn)接地點。由于在小接地短路電流系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，相間電壓保持不變，可以在2h 內(nèi)帶故障運行的，但是此時非故障相的對地電壓將升高點倍。當發(fā)生某電廠發(fā)電機TV 二次接線歇性電弧接地時，非故障相的對地電壓可升高到相電壓的2.5—3 倍，這種過電壓對系統(tǒng)安全威脅很大，可發(fā)展為兩相接地短路，甚至?xí)龤Оl(fā)電機。因此，在單相接地故障發(fā)生后，應(yīng)在2h 內(nèi)進行處理或?qū)⒐收细綦x，避免故障擴大。:由電壓互感器的接線圖可知，接地信號繼電器KS 是接在電壓互感器二次側(cè)開口三角形繞組上的，當發(fā)電機三相電壓及超負荷對稱時，開口三角形繞組的輸出電壓為零，KS 不動作;當發(fā)生一相接地時，中性點產(chǎn)生了位移，開口三角形繞組將有電壓輸出，使信號繼電器KS 動作。因此，為了盡快查明故障，將絕緣監(jiān)視用電壓互感器的高壓側(cè)的熔斷器斷開兩相，在只有一相熔斷器的情況下投入，用萬用表測量開口三角形繞組兩端電壓是否與接地電壓表指示相符。當測試人員手持式表筆靠近電壓互感器的鐵心時，在還有一定距離的情況下被電擊。這說明互感器鐵心帶有高壓，但由此也給我們一個提示.接地的鐵心為什么會帶電呢?于是，對電壓互感器停電檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)廠家將電壓互感器高壓側(cè)中性點接地改接至鐵心再經(jīng)鐵心接地，實際上鐵心卻沒有接地［6］。在這種情況下，當互感器只有一相投入時，鐵心對地便帶有一相電壓，在萬用表表筆靠近時，就使一定距離的空氣隙擊穿，使測量人員被電擊?；ジ衅髦行渣c未接地的發(fā)現(xiàn)，也就解開了發(fā)電機多次出現(xiàn)非金屬性接地的故障之謎:以往的非金屬性接地故障只是一種假象。它是由于系統(tǒng)電壓或負荷不對稱造成的中性點位移，產(chǎn)生較大的零序電壓，使繼電器動作。

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［2］陳晨.仙游抽水蓄能電站發(fā)電機定子鐵心磁化試驗綜述［J］.機電信息，2012(36)：201-202.

［3］鄭元吉，張建華，張勝平.西龍池電站定子下線試驗工藝探討［J］.機電信息，2012(36)：90-92.

［4］馮敏.某水電站發(fā)電機組定子和轉(zhuǎn)子的干燥處理方法［J］.四川水利，2012(06)：188-189

［5］靳永衛(wèi).發(fā)電機組控制系統(tǒng)辨識研究［J］.湖南農(nóng)機，2012(11)：115-116.

［6］黎勇飛.京南電站燈泡貫流式機組運行中存在問題分析及處理方法［J］.機電信息，2012(33)：67-68.