電磁式電壓互感器爆炸原因分析

(成都雙流國際機場股份有限公司 610220)

1 接地系統(tǒng)概述

本文研究對象為在東北電網(wǎng)500kV變電站中66kV中性點不接地系統(tǒng)中，對母線電磁式電壓互感器的故障分析及處理。整個電網(wǎng)系統(tǒng)均為中性點不接地系統(tǒng)，因此故障擾動對于電網(wǎng)參數(shù)的影響較大，出現(xiàn)諧振過電壓問題，有多種表現(xiàn)形式，如高頻、分頻或基波諧振等。該案例中分頻諧振為三相電路1/2分頻諧振，系統(tǒng)接地故障為冰點電抗器短路故障引起，并引發(fā)系統(tǒng)分頻諧振，在長時間的高壓過載的情況下，電磁式電壓互感器發(fā)生爆炸，嚴重影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

2 爆炸原因分析

2.1 事故過程

在500kV變電站66kV中性點不接地系統(tǒng)運行過程中，66kV系統(tǒng)電抗器發(fā)生過流保護動作，引發(fā)電抗器間隔斷路器跳閘動作，工作人員立即對于系統(tǒng)設備運行狀況展開調(diào)查，發(fā)現(xiàn)66kV系統(tǒng)中母電壓顯示異常，并及時匯報，同時對于66kV系統(tǒng)運行線進行了紅外測溫測試，未觀測到明顯的發(fā)熱現(xiàn)象，然后對于系統(tǒng)的測控屏以及電磁式電壓互感器二次側(cè)開關(guān)裝置進行故障檢測，仍未發(fā)現(xiàn)明顯的故障現(xiàn)象。一個小時之后，現(xiàn)場工作人員觀測到66kV系統(tǒng)中C相及B相電磁式電壓互感器相繼出現(xiàn)明顯的噴油現(xiàn)象，現(xiàn)場工作人員做了及時的記錄并匯報，同時，為保障安全，立即撤離變電站故障現(xiàn)場，幾分鐘之后觀測到66kV系統(tǒng)中C相及B相電磁式電壓互感器相繼爆炸，爆炸引發(fā)設備著火，并引發(fā)主變差動保護裝置動作，開關(guān)跳閘，前后大約歷時170分鐘。

2.2 事故原因分析

在爆炸事故發(fā)生后，相關(guān)工作人員對于現(xiàn)場情況展開了檢查，據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，66kV系統(tǒng)中電抗器包封間有較為明顯的放電燒黑現(xiàn)象，并出現(xiàn)電抗器絕緣部損傷，電磁式電壓互感器爆炸后只留下底座，存在明顯的電弧灼燒痕跡，電磁式電壓互感器附近的斷路器及瓷套傘裙及絕緣子等均出現(xiàn)燒蝕破損，并對于現(xiàn)場部分受損設備進行了拍照并詳細記錄。

（1）系統(tǒng)接線情況分析

電網(wǎng)系統(tǒng)中，發(fā)生爆炸故障的66kV系統(tǒng)線路結(jié)構(gòu)，包括500kV側(cè)、220kV側(cè)以及66kV側(cè)，其中66kV側(cè)電磁式電壓互感器裝設于1號主變主三次套管與1號主三次開關(guān)之間的母線上，通過對于爆炸過程的分析，相間電壓互感器的爆炸引發(fā)短路接地故障，符合變壓器差動保護機制，因此繼電保護動作正常。

（2）故障錄波情況分析

系統(tǒng)對于故障發(fā)生過程的波形狀態(tài)進行了完整記錄，調(diào)取一部分波形曲線圖見下圖2所示，該過程中發(fā)生1/2分頻諧振。通過對于系統(tǒng)及錄波的分析，系統(tǒng)C相瞬時接地故障持續(xù)時間較短，約為70ms，C相瞬時接地故障結(jié)束后產(chǎn)生系統(tǒng)諧振。如錄波情況圖所示為1/2分頻諧振（零序電壓振蕩周期約為25Hz），持續(xù)時長約1分鐘。此過程中，通過對系統(tǒng)三相對地電壓最大有效值進行觀測發(fā)現(xiàn)C相對地電壓最大，B相次之，A相最小，存在嚴重的波形畸變，零序電壓最大有效值約47.43kV。

分頻諧振現(xiàn)象消失后三相對地電壓波形恢復正常，通過對系統(tǒng)三相對地電壓最大有效值進行觀測發(fā)現(xiàn)B相對地電壓最大，且中性點處出現(xiàn)時長約5s的3.5kV工頻電壓，之后，中性點零序電壓幅值逐漸升高。從三相及零序電壓變化錄波中發(fā)現(xiàn)隨著時間的增加，零序電壓幅值逐漸升高，B相出現(xiàn)最大幅值，其有效值約65.38kV，在此過程中C相電壓互感器的絕緣性能下降，之后B相電壓互感器的絕緣狀況也開始劣化，最后各項對地電壓幾乎降至 0值，暗示著互感器的主絕緣被徹底擊穿，引發(fā)兩相接地短路故障，并引發(fā)主變差動保護動作，主變開關(guān)跳閘。

（3）諧振問題討論

中性點不接地系統(tǒng)中，電磁式電壓互感器的鐵磁諧振現(xiàn)象一般具備以下三方面的條件：首先，網(wǎng)絡對地容抗與電壓互感器的勵磁感抗的比值位于諧振曲線區(qū)內(nèi)；其次，電源電壓處于特定區(qū)間；最后，具備激發(fā)條件。

從以上三方面條件來看，系統(tǒng)諧振時對地電容包括主變主三次側(cè)對地電容、母線對地電容、主三次電流互感器對地電容等三部分，依據(jù)電壓互感器出廠的勵磁特性曲線進行分頻諧振的分析，且在這個過程中伴隨油的迅速分解，互感器內(nèi)部壓力不斷升高，最終引發(fā)爆炸事故。

3 整改措施與總結(jié)

（1）選用電子式、電磁式或勵磁特性較好的電壓互感器

對于諧振系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)進行調(diào)整，以消除系統(tǒng)諧振。近年來電子式電壓互感器廣泛應用于智能化變電站，無鐵心線圈，因此可避免發(fā)生諧振，但仍需大量的實踐檢測。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)的負載，可應用于易發(fā)生鐵磁諧振的場合，但其結(jié)構(gòu)相對復雜，故障率高，并存在二次諧振的風險；勵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。

（2）抑制或消除諧振，以促使電網(wǎng)恢復正常運行

包括以下三方面的措施：在開口三角兩端接入阻尼電阻、在高壓中性點與地之間接入阻尼電阻、在開口三角兩端接入專用消諧裝置等。

分頻諧振導致設備損壞，因此需系統(tǒng)化分析分頻諧振的誘因，高幅值的、長時間的分頻諧振造成互感器內(nèi)部絕緣嚴重劣化，最終導致熱量大量積聚，出現(xiàn)電壓互感器爆炸故障，因此需從中吸取教訓，基于問題點不斷優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)，并加強對運行人員的培訓，以提升辨別和處理系統(tǒng)異常的能力。

4 結(jié)論

在電力系統(tǒng)應用中，電壓互感器是重要的連接設備，電壓互感器的性能直接關(guān)系到電力系統(tǒng)中一二級電氣回路的連接性能。電壓互感器有多重類型，目前應用較廣的為電磁式電壓互感器，在電力系統(tǒng)中可實現(xiàn)電氣隔離并實現(xiàn)低電壓的轉(zhuǎn)換，以滿足繼電保護裝置等的電壓需求。

[1]陳瑞國等.66kV系統(tǒng)TV鐵磁諧振現(xiàn)象分析[J].東北電力技術(shù)，2007，11:17-21.