單相接地引起10kV母線電壓互感器燒毀事故的研究

鄒光濤 胡曉斌 龔石磊

摘要：在10kV配單線路運(yùn)行的過程中，一旦出現(xiàn)母線電壓互感器燒毀的事故，不僅會(huì)對(duì)配電電網(wǎng)產(chǎn)生危害，還會(huì)威脅到相關(guān)變電設(shè)備的運(yùn)行安全，進(jìn)而影響到人們的正常用電，因此必須采取有效的措施預(yù)防此類事故的發(fā)生。本文將結(jié)合實(shí)例探究如何有效的預(yù)防因單相接地故障引起的10kV母線電壓互感器燒毀事故。

關(guān)鍵詞：10kV配電線路；單相接地；電壓互感器

前言：

當(dāng)前階段，在我國10kV配電線路中，主要采用的是中點(diǎn)不接地或是消弧線圈接地的運(yùn)行方式，一旦中性點(diǎn)不接地網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了單相接地，很容易出現(xiàn)弧光引發(fā)諧振過電壓，從而對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重的負(fù)面影響。因此必須預(yù)先做好防范措施，如此才能最大程度的降低故障發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

1.10kV配電線路單相接地故障對(duì)電壓互感器的危害分析

1.1電壓互感器

電壓互感器是一種用于變換配電線路電壓的設(shè)備，和變壓器相似，但是二者的作用卻存在一定的差異。變壓器是為電能輸送服務(wù)，而電壓互感器的作用則是為供電線路中的測(cè)量?jī)x表和繼電保護(hù)裝置進(jìn)行供電，同時(shí)測(cè)量線路的電壓、功率以及電能等參數(shù)。此外，一旦配電線路出現(xiàn)故障，電壓互感器還可以為相關(guān)變電設(shè)備提供一定的保護(hù)。

電壓互感器是由兩個(gè)裝在鐵心的繞組構(gòu)成，分別是一次繞組和二次繞組。兩個(gè)繞組以及鐵心三者之間都存在絕緣，進(jìn)行電氣隔離。在電壓互感器運(yùn)行的過程中，一次繞組并聯(lián)在配電線路上，二次繞組并聯(lián)接儀表或是繼電器。在運(yùn)行的過程中，一旦發(fā)生單相接地，中性點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)位移，電壓互感器開口三角的端子間就會(huì)出現(xiàn)零序電壓使繼電器動(dòng)作，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的良好保護(hù)。

1.2單相接地故障對(duì)變電設(shè)備的危害

單相接地故障多發(fā)生在10kV以及35kV等低壓配電系統(tǒng)中，是指三相交流供電系統(tǒng)中的一根相線和大地成等電位狀態(tài)，都是“零”，會(huì)產(chǎn)生龐大的瞬時(shí)電流。這一故障普遍發(fā)生在潮濕或是多雨的天氣。樹障、單相斷線、小動(dòng)物的危害等因素都會(huì)導(dǎo)致此類故障的發(fā)生。

10kV配電線路在出現(xiàn)單相接地故障后，變電站10kV的母線上的電壓互感器檢測(cè)不到電流，則是會(huì)在開口三角形上產(chǎn)生零序電壓、電流增加等，如果運(yùn)行的時(shí)間過長(zhǎng)，就會(huì)導(dǎo)致電壓互感器的損壞。單相接地故障后，也有可能會(huì)出現(xiàn)諧振過電壓的情況。諧振過電壓是正常電壓的幾倍大小，因此嚴(yán)重的話會(huì)對(duì)變電設(shè)備的絕緣保護(hù)裝置產(chǎn)生危害，造成變電設(shè)備絕緣部分的擊穿，從而導(dǎo)致重大事故的發(fā)生。

2.實(shí)際案例分析

2.1事故概況

2017年8月2日，某地變電站主變壓器開關(guān)跳閘，檢修及繼保人員到現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，10kVII母線C相電壓互感器擊穿燒毀，三相熔斷器熔管炸裂；II母三相避雷器、A相及B相電壓互感器、PT柜內(nèi)一次連接排、互感器中性點(diǎn)消諧器外觀檢查無異常。開關(guān)柜帶電顯示裝置通電檢查顯示正確，柜內(nèi)照明檢查正常，說明刀閘（主刀、地刀）至帶電顯示裝置的二次接線無燒損，照明回路二次接線也無燒損。PT柜門內(nèi)部有煙熏痕跡，無變形。

當(dāng)時(shí)10kVI母線和II母線并列運(yùn)行，10kV廬中線開關(guān)由于A相線路有接地跳閘，重合閘成功，但接地故障仍在，二次跳閘。

2.2事故原因分析

當(dāng)10kV配電線路發(fā)生接地故障后，由于10kVI母線和II母線并列運(yùn)行，則10kVI母線和II母線的電壓互感器非故障相（B、C相）電壓升高到線電壓，由于II母線C相電壓互感器材質(zhì)較差，鐵芯飽和特性一般，電壓升高到線電壓后，C相互感器鐵芯可能出現(xiàn)飽和，當(dāng)感抗下降到一定程度，等于容抗時(shí)，剛將滿足串聯(lián)諧振條件，電壓互感器中勵(lì)磁電流急劇增加，互感器內(nèi)部產(chǎn)生過電壓，在高壓熔斷器未及時(shí)熔斷的情況下，就會(huì)導(dǎo)致C相互感器擊穿燒毀事故。而C相互感器擊穿燒毀的同時(shí)，導(dǎo)致主變壓器開關(guān)跳閘，10kV失壓。

通過對(duì)本次線路單相接地電壓互感器擊穿燒毀事故的分析可知，在事故過程中，母線電壓互感器中性點(diǎn)安裝的消諧器并未發(fā)揮出應(yīng)用的作用。同時(shí)電壓互感器材質(zhì)存在缺陷也是導(dǎo)致事故的原因之一。一般情況下，若線路出現(xiàn)穩(wěn)定性單相接地時(shí)，如果電壓互感器材質(zhì)較好，鐵芯飽和特性良好，則互感器的勵(lì)磁電感不會(huì)發(fā)生明顯變化，即不會(huì)發(fā)生串聯(lián)諧振，這種情況下系統(tǒng)是允許運(yùn)行1-2小時(shí)的。如電壓互感器的鐵芯飽和特性一般，非故障相的電壓升高到線電壓后，非故障相互感器鐵芯可能出現(xiàn)飽和，當(dāng)感抗下降到一定程度，等于容抗時(shí)，剛將滿足串聯(lián)諧振條件，電壓互感器中勵(lì)磁電流急劇增加，互感器內(nèi)部產(chǎn)生過電壓，在高壓熔斷器未及時(shí)熔斷的情況下，就會(huì)導(dǎo)致互感器擊穿燒毀事故。

3.預(yù)防措施分析

通過對(duì)上述10kV配電線路單相接地引起電壓互感器燒毀的原因分析，可以有針對(duì)性的制定相應(yīng)的防范措施。具體內(nèi)容如下：

3.1加強(qiáng)對(duì)電壓互感器電磁諧振的防范

首先，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的檢查。尤其實(shí)在高溫環(huán)境或是高負(fù)荷運(yùn)行的情況下，一定要對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)掌握，并采取通風(fēng)等降溫措施保障設(shè)備的安全運(yùn)行。同時(shí)，在進(jìn)行電壓互感器相關(guān)備件選購的過程中，要對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，適當(dāng)?shù)膮⒖紡S家的市場(chǎng)信譽(yù)。定期聘請(qǐng)廠家對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試，及時(shí)發(fā)展和處理諧波問題。此外，也可以在電壓互感器靠口繞組段安裝二次消諧裝置。若是10kV配電網(wǎng)絡(luò)的對(duì)地電容較小，可以結(jié)合電壓互感器的組數(shù)和網(wǎng)絡(luò)對(duì)地電容進(jìn)行一定的估算，采取將高壓中性點(diǎn)電阻接地的方式預(yù)防可能出現(xiàn)的諧振現(xiàn)象。

3.2加強(qiáng)對(duì)新投運(yùn)設(shè)備的檢查力度

在新的電壓互感器設(shè)備采購時(shí)，要嚴(yán)格的按照國家電網(wǎng)頒布的18反措的要求對(duì)設(shè)備的伏安特性進(jìn)行檢查，并確認(rèn)在1.9倍額定相電壓下，電流是否會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，如此就可以在一定程度上減少諧振出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。此外，電氣設(shè)備的更新和改造需要具備專業(yè)資質(zhì)的施工隊(duì)伍進(jìn)行安裝作業(yè)，嚴(yán)格按照電氣裝置安裝工程的標(biāo)準(zhǔn)，做好線路連接的檢查和校對(duì)工作，避免對(duì)設(shè)備后續(xù)的運(yùn)行造成負(fù)面影響。

3.3提高工作人員的業(yè)務(wù)能力

在10kV配電線路事故發(fā)生之后，相關(guān)工作人員必須通過一系列的試驗(yàn)對(duì)事故發(fā)生的具體原因進(jìn)行明確，為后續(xù)的修復(fù)工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。若是在故障和事故發(fā)生之后，盲目的要求廠家更換產(chǎn)品，不僅沒有徹底的消除故障，還會(huì)導(dǎo)致?lián)p失的進(jìn)一步擴(kuò)大。因此，必須通過專業(yè)化的技術(shù)培訓(xùn)活動(dòng)提高工作人員的業(yè)務(wù)能力，使其能夠根據(jù)事故現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行正確的處理。

3.4其它預(yù)防方法

對(duì)配電線路定期進(jìn)行巡視，主要檢查導(dǎo)線與樹木、建筑物的距離，電桿頂端是否有鳥窩，導(dǎo)線在絕緣子中的綁扎或固定是否牢固，絕緣子固定螺栓是否松脫，橫擔(dān)、拉線螺栓是否松脫，拉線是否斷裂或破股，導(dǎo)線弧垂是否過大或過小等。對(duì)配電線路上的絕緣子、分支熔斷器、避雷器等設(shè)備應(yīng)定期進(jìn)行絕緣測(cè)試，不合格的應(yīng)及時(shí)更換。對(duì)配電變壓器定期進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)不合格的配電變壓器進(jìn)行維修或更換。在農(nóng)村配電線路上加裝分支熔斷器，縮小故障范圍，減少停電面積和停電時(shí)間，有利于快速查找故障點(diǎn)。在配電線路上使用高一電壓等級(jí)的絕緣子，提高配電網(wǎng)絕緣強(qiáng)度。

結(jié)語：通過本文對(duì)10kV配電線路單相接地引起的電壓互感器燒毀事故的分析可知，當(dāng)前階段我國電網(wǎng)運(yùn)行的過程中仍舊存在很多的疏漏，對(duì)此，一方面要加強(qiáng)新型技術(shù)的開發(fā)研究，另一方面則要進(jìn)一步強(qiáng)化管理監(jiān)控，如此將事故遏制在萌芽階段，保障輸電線路的安全運(yùn)行，為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的供電服務(wù)。

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