亭子口10kV電磁式電壓互感器燒損事故案例綜述

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

亭子口10kV電磁式電壓互感器燒損事故案例綜述

丘書通

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

亭子口10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)運(yùn)行過程中，因母線一10kV饋線負(fù)荷的進(jìn)線高壓電纜頭存在缺陷和受潮，單相放電引起絕緣損壞導(dǎo)致接地，同時(shí)非故障相因接地故障電壓升高絕緣擊穿導(dǎo)致相間短路，引起母線PT發(fā)生諧振現(xiàn)象的同時(shí)又造成PT鐵芯飽和過熱爆裂的事故，根據(jù)此次PT燒損事件的現(xiàn)場(chǎng)檢查及事故原因分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況，得出此次PT燒毀引起的問題主要是PT發(fā)生超低頻諧振時(shí)，鐵芯熱飽和以及PT剩余電壓繞組過流未得到有效扼制而引起。筆者通過查找大量相關(guān)事故案例文獻(xiàn)，結(jié)合專業(yè)班組給出的事故分析報(bào)告，針對(duì)PT分頻諧振及剩余電壓繞組過流未得到壓抑的主要原因，采取有效整改和防范措施。

10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng) 電磁式電壓互感器 分頻諧振 剩余電壓繞組過流

1 10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)概況

亭子口10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),母線上裝設(shè)的電壓互感器為JDZX9-10型電磁式。高壓繞組額定電壓為10/√3kV，二次繞組額定電壓為0.1/√3kV，剩余繞組額定電壓為0.1/3kV。該電壓互感器為單相雙線圈全封閉結(jié)構(gòu)，采用環(huán)氧真空樹脂澆注成型，鐵芯采用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片繞成環(huán)形，一次繞組結(jié)成星形接于10kV系統(tǒng)為被測(cè)電壓，作為計(jì)量使用，二次繞組結(jié)成星形供測(cè)量(保護(hù))使用，剩余繞組結(jié)成開口三角形，開口三角形的兩引出端與接地保護(hù)繼電器的電壓線圈聯(lián)接，開口三角處會(huì)在接地故障情況下產(chǎn)生一剩余電壓作為開關(guān)、母線繼電保護(hù)使用。正常運(yùn)行時(shí)，電力系統(tǒng)的三相電壓對(duì)稱，開口三角輸出電壓為零。如果是母線或發(fā)生單相接地故障時(shí)，中性點(diǎn)電位出現(xiàn)位移，開口三角產(chǎn)生零序電壓使繼電器動(dòng)作，從而對(duì)10kV系統(tǒng)母線起保護(hù)作用。PT開口三角線圈出現(xiàn)零序電壓則相應(yīng)的鐵芯中就會(huì)出現(xiàn)零序磁通，鐵芯磁通飽和發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電壓互感器熱熔爆裂。

近期亭子口10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，因母線一10kV饋線負(fù)荷的進(jìn)線高壓電纜頭存在缺陷和受潮，單相接地，非故障相繼而因接地故障，電壓升高絕緣擊穿演變成相間短路，與此同時(shí)，同級(jí)母線上的電壓互感器(WYJ-821型)微機(jī)電壓互感器自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，監(jiān)測(cè)到單相接地故障發(fā)生，引起PT發(fā)生鐵磁諧振，又因非故障相過電壓擊穿絕緣造成相間短路，此過程中，母線PT先是因單相接地過電壓發(fā)生鐵磁諧振，引起PT鐵芯飽和，進(jìn)而又因相間短路，發(fā)生PT的剩余繞組過電流，造成公用10kVⅣ段84PT、大壩10kVⅡ段88PT A相電壓互感器嚴(yán)重?zé)龤АＭㄟ^回顧和分析，發(fā)現(xiàn)該起事故發(fā)生過程中，存在多處疑點(diǎn)和異常之處：

疑點(diǎn)1：電壓互感器A相鐵芯線圈發(fā)熱爆裂時(shí)，A相的一次側(cè)高壓熔斷器卻完好未熔斷；

疑點(diǎn)2：兩臺(tái)母線PT發(fā)生接地告警、嚴(yán)重過電壓、過電流時(shí)，僅A相電壓互感器發(fā)生線圈發(fā)熱爆裂，而其他B、C兩相卻未見異常；

疑點(diǎn)3：當(dāng)單相接地故障演變?yōu)橄嚅g短路時(shí)，該故障點(diǎn)進(jìn)線開關(guān)及上級(jí)電源開關(guān)保護(hù)未見動(dòng)作；

疑點(diǎn)4：10kV兩處同級(jí)母線PT發(fā)生接地告警、嚴(yán)重過電壓、過電流故障時(shí)，同級(jí)母線上的進(jìn)線PT卻未見異常。

筆者對(duì)該起電壓互感器燒損事故進(jìn)行深度分析和探究，借此解決上述疑點(diǎn)和異常之處。

2 事故概述

2017年8月21日上午8時(shí)許，亭子口大壩配電10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)分段運(yùn)行過程中，大壩10kVⅡ段一左岸灌渠箱式變因高壓側(cè)電纜端頭存在缺陷和受潮，在工頻額定電壓下存在局部放電，單相放電引起絕緣損壞導(dǎo)致接地，非故障相電壓升高絕緣擊穿導(dǎo)致相間短路，造成灌渠箱式變高壓側(cè)跌落熔斷器熔斷，接地相持續(xù)放電，此時(shí)該故障點(diǎn)負(fù)荷開關(guān)882保護(hù)裝置未動(dòng)作，故障電流經(jīng)此開關(guān)回流至母線引起84PT、88PT諧振，造成PT鐵芯飽和發(fā)熱爆裂。事故前系統(tǒng)運(yùn)行方式如圖1所示。

圖1 事故前系統(tǒng)運(yùn)行方式

3 事故基本情況

3.1 事故設(shè)備

大壩配電10kVⅡ段一左岸灌渠箱式變、公用10kVⅣ段84PT、大壩10kVⅡ段88PT。

3.2 故障互感器的基本情況

(1)金屬封閉開關(guān)設(shè)備(PT柜)型號(hào)：GASI1—12/PT。

(2)型號(hào)：JDZX9-10型電壓互感器。

(3)電壓比：10000/√3/100/√3/100/3V。

(4)互感器額定輸出及相應(yīng)準(zhǔn)確級(jí)：0.2/3P級(jí)；30/100V·A。

(5)互感器極限輸出：400V·A。

(6)極限絕緣電壓：12kV。

3.3 故障現(xiàn)象

08∶04上位機(jī)報(bào)：“公用10kV IV段30號(hào)柜母線電壓互感器84PT接地告警”，“公用10kV IV段30號(hào)柜母線電壓互感器84PT測(cè)控裝置異?！薄?/p>

現(xiàn)場(chǎng)檢查：10kV IV段84PT電壓互感器監(jiān)測(cè)裝置(WYJ-821A)告警指示燈亮，10kV IV段母線電壓17.1kV；08∶1210kV IV段母線84PT柜頂有煙冒出，有焦糊味。

08∶12上位機(jī)報(bào)：“大壩變電所10kV開關(guān)柜11#饋線柜保護(hù)裝置異?！薄?/p>

3.4 故障檢查

現(xiàn)場(chǎng)檢查84PT、88PT電壓互感器本體均有不同程度的損傷，其中A相最嚴(yán)重，從下部縱向斷裂，并從裂縫中流出黑色膠狀物，顯然是環(huán)氧樹脂在高溫熔融并炭化后形成。B、C相卻無明顯的異常痕跡；PT三相的高壓限流熔斷器完好未被燒斷。

3.5 事故原因

由大量運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)表明：在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，電壓互感器接成Y0/Y0/△的方式，其工作原理同一般鐵芯式電力變壓器相同，結(jié)構(gòu)和接線方式也相似，主要特點(diǎn)是容量小，一次電壓比較恒定，不受二次負(fù)荷的影響，正常運(yùn)行時(shí)接近于空載狀態(tài)。電磁式電壓互感器基本結(jié)構(gòu)主要是由鐵芯和一、二次繞組組成，其二次繞組本身的阻抗很小，如二次繞組發(fā)生短路，過電流將急劇增長(zhǎng)燒毀線圈。為此，電壓互感器的一次側(cè)接有高壓熔斷器，二次側(cè)可靠接地，以免一、二次側(cè)絕緣損毀時(shí)，二次側(cè)出現(xiàn)對(duì)地高電位而造成人身和設(shè)備事故。

當(dāng)電壓互感器的電感和線路對(duì)地電容匹配時(shí)，可產(chǎn)生不同頻率的鐵磁諧振，常遇到的有三次諧波諧振、基波諧振和分頻諧振。從互感器損壞的情況看，互感器應(yīng)是在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)受到了難以承受的較大電流的作用，二次繞組在短期內(nèi)發(fā)熱使絕緣迅速損壞，發(fā)熱使樹脂熔融，造成的內(nèi)部膨脹使?jié)沧Ⅲw開裂，故障進(jìn)一步擴(kuò)大，互感器線圈中有大電流流過是造成互感器毀壞的直接原因。造成接地式電壓互感器繞組有大電流流過的原因主要有以下幾種：

(1)過電壓。在額定負(fù)荷下，互感器能在1.2倍額定一次電壓下長(zhǎng)期運(yùn)行，超過此電壓和時(shí)間范圍，互感器就有可能因大電流而燒毀；

(2)互感器二次短路(包括開口三角短路)。單相接地時(shí)，剩余電壓繞組開口三角處會(huì)產(chǎn)生一剩余電壓，在二次繞組的內(nèi)阻上，產(chǎn)生大電流，三相短路，促使互感器二次線圈短路，所有的電壓均降落，如果持續(xù)時(shí)間超過1s(互感器的額定耐受時(shí)間)，互感器將很快燒毀，這種事例在實(shí)際運(yùn)行故障中時(shí)有發(fā)生；

(3)互感器的二次實(shí)際輸出超出了其極限輸出。超負(fù)荷維持的時(shí)間較長(zhǎng)，則互感器也會(huì)因大電流而燒毀；

(4)1/2分頻諧振。1/2分頻諧振過電流并非由鐵磁諧振引起，而是由于相間短路后弧光接地，在開口三角等值零序回路中，對(duì)剩余電荷進(jìn)行重新分配引致并疊加于工頻的過電流現(xiàn)象。系統(tǒng)的低頻諧振很容易使互感器鐵芯飽和，二次繞組形成的大電流將電壓互感器燒毀，這種情況在實(shí)際運(yùn)行故障中最常見。

經(jīng)調(diào)查，兩臺(tái)PT的二次輸出是接在工控電壓表和微機(jī)PT測(cè)控裝置上，并未超出其額定值，因此第3種原因可以排除；剩下的1、2和4種原因都有可能使PT燒毀。一般情況下，如果單純的過電壓或單純的諧振對(duì)互感器的損壞多發(fā)生在單臺(tái)或兩臺(tái)PT上，三臺(tái)同時(shí)燒毀的情況很少見，互感器二次短路使三臺(tái)PT同時(shí)燒毀的充分條件是開口三角短路，該事故時(shí)有發(fā)生。因此查清電壓互感器是否開口三角短路是分析事故原因研究的重點(diǎn)。

4 疑點(diǎn)分析

針對(duì)上述幾處疑點(diǎn)和異常現(xiàn)象進(jìn)行分析如下：

4.1 84PT、88PT電壓互感器A相鐵芯線圈發(fā)熱爆裂時(shí)，A相的一次側(cè)高壓熔斷器卻完好未熔斷？

(1)分析：根據(jù)此次PT燒損事故的現(xiàn)場(chǎng)檢查及事故原因分析，A相的一次側(cè)高壓熔斷器未熔斷，系電壓互感器發(fā)生諧振時(shí)，10kV系統(tǒng)微機(jī)消諧裝置內(nèi)消諧元件的消諧感性電流能部分或全部地補(bǔ)償單相接地產(chǎn)生的容性電流，使電壓互感器一次側(cè)電流可大大降低，避免高壓熔斷器發(fā)生熔斷。

(2)結(jié)論：因此A相的一次側(cè)高壓熔斷器卻完好未熔斷。

4.2 兩臺(tái)母線PT發(fā)生接地告警、嚴(yán)重過電壓、過電流時(shí)，為何僅A相電壓互感器發(fā)生線圈發(fā)熱爆裂，而B、C兩相卻未見異常？

(1)分析：B、C兩相未見異常，系因左灌渠首箱式變終端桿跌落保險(xiǎn)A、C兩相熔斷,B相未熔斷的影響所致。左灌渠首箱式跌落保險(xiǎn)A相的熔斷,使單相接地突然消失，使PT中性點(diǎn)電位再次發(fā)生改變，對(duì)地電容儲(chǔ)存的電荷再次重新分配，此時(shí)非接地相在故障期間已充的電荷只能作用于電壓互感器高壓線圈。與此同時(shí)，由電磁是電壓互感器原理特性所知，母線PT二次側(cè)B相的過電流經(jīng)其自身的接地點(diǎn)轉(zhuǎn)移至大地，母線PT二次側(cè)C相的過電流后則經(jīng)B相的接地點(diǎn)轉(zhuǎn)移至大地中，如圖2所示。

圖2 Y0/Y0/Δ(開口三角形)接線形式的電壓互感器

(2)結(jié)論：因此B、C兩相外觀完好，一、二次側(cè)直阻正常。

4.3 當(dāng)單相接地故障演變?yōu)橄嚅g短路時(shí)，為何該故障點(diǎn)進(jìn)線開關(guān)及上級(jí)電源開關(guān)保護(hù)未見動(dòng)作？

(1)分析：根據(jù)保護(hù)裝置情況分析：左岸灌溉渠首變壓器進(jìn)線開關(guān)電纜發(fā)生單相接地故障，引起非故障相對(duì)地電壓升高，進(jìn)而發(fā)展到三相短路，產(chǎn)生很大的短路電流使左岸灌溉渠首變壓器終端桿A、C相跌落保險(xiǎn)熔斷。由于跌落保險(xiǎn)先熔斷(熔斷時(shí)間約0.1s～0.2s，882開關(guān)過流I段延時(shí)0.3s)，使得故障電流躲過了開關(guān)保護(hù)動(dòng)作的延時(shí)整定，大壩10kV負(fù)荷開關(guān)882保護(hù)裝置未動(dòng)作。與此同時(shí)，該故障電流與故障持續(xù)的時(shí)間亦未能達(dá)到其10kV上級(jí)電源開關(guān)808、844的保護(hù)裝置動(dòng)作條件。

(2)結(jié)論：因此故障點(diǎn)進(jìn)線開關(guān)882及上級(jí)電源開關(guān)(808，844、)的保護(hù)裝置亦未動(dòng)作。

4.4 10kV兩處同級(jí)母線PT發(fā)生接地告警、嚴(yán)重過電壓、過電流故障時(shí)，同級(jí)母線上的進(jìn)線PT卻未見異常。

(1)分析：10kV母線上的進(jìn)線PT采用的是V-V接線形式，其接線形式與母線PT有所不同，由V-V接線形式電壓互感器的原理特性所知，V-V接線方式不易引起系統(tǒng)諧振，不受系統(tǒng)的單相接地故障影響。

(2)結(jié)論：因此同級(jí)母線上的進(jìn)線電壓互感器(808PT、804PT)卻未見異常。

5 事故防范措施

為了避免由于電磁式電壓互感器運(yùn)行中的異常現(xiàn)象對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行造成影響，制定應(yīng)對(duì)措施如下：

(1)根據(jù)此次PT燒損事件的情況及原因，舉一反三，立即對(duì)右岸灌溉渠首箱式變和其它廠用PT柜同類設(shè)備開展隱患排查，防止事件重復(fù)發(fā)生。

(2)為了減少10kV系統(tǒng)諧振概率，在10kVⅣ段84PT二次繞組回路中并聯(lián)一個(gè)200W220V的白熾燈，用于消耗電源提供給諧振的能量，能夠抑制鐵磁諧振過電壓，有利于提高電磁式電壓互感器的伏安特性。

6 結(jié)語(yǔ)

筆者在翻閱了大量同類型相似事故案例文獻(xiàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)事故調(diào)查和專業(yè)班組給出的事故分析報(bào)告進(jìn)行對(duì)比剖析，得出此次PT燒毀引起的問題主要是PT發(fā)生1/2分頻諧振時(shí)，鐵芯深度熱飽和以及PT剩余電壓繞組過流未得到有效抑制而造成。該起電氣事故，事故誘因較為特殊，系因單一接地故障演變成相間短路繼而引發(fā)母線PT發(fā)生多發(fā)性嚴(yán)重故障而燒毀。這嚴(yán)重不利于廠用電10kV中線點(diǎn)不接地系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，值得電力同行作為特殊案例引以為戒，并作為經(jīng)驗(yàn)借鑒。

〔1〕陳志平,金向朝.10kV電磁式電壓互感器熔斷器頻繁燒毀事故分析[J].南方電網(wǎng)技術(shù),2009,3(s1)：154-157.

〔2〕林 君.JDZX10-10型電壓互感器燒毀事故分析[J].電氣制造,2012(1)：64-66.

〔3〕謝偉強(qiáng),張 赟.電磁式電壓互感器運(yùn)行中的異?，F(xiàn)象及處理措施[J].電氣技術(shù)，2012(5)：88-89.

〔4〕李 強(qiáng).中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電磁式電壓互感器問題綜述[J].華東電力.2011(09)：1549-1552.

TM451

A

2095-1809(2017)06-0027-04

丘書通(1989.06-)，男，廣西陸川人，本科，助理電自工程師，從事水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行值班工作。