35 kV GIS電壓互感器崩燒原因分析及升級(jí)改造

摘要：對(duì)35 kV變電站ZX2氣體絕緣雙母線組合電壓互感器柜結(jié)構(gòu)，事故前運(yùn)行方式介紹。崩燒35 kV變電站E段母線電壓互感器柜現(xiàn)場(chǎng)敘述，電壓互感器崩燒原因分析，崩燒時(shí)220 kV、35 kV電壓參數(shù)變化分析，電壓互感器柜現(xiàn)場(chǎng)損壞解析，電壓互感器柜體返廠解體逐個(gè)設(shè)備各部分分解剖析，查找35 kV變電站E段母線電壓器互感器柜I母電壓互感器A、B相崩燒損壞柜體炸裂事故具體原因。根據(jù)35 kV變電站E段母線電壓器互感器崩燒分析結(jié)果及存在的缺陷，提出徹底解決電壓器互感器柜故障缺陷的防范措施和優(yōu)化升級(jí)改造方案，為同類35 kV電壓互感器開關(guān)柜設(shè)備缺陷解決、事故的預(yù)防提供可靠的參考，也為同類設(shè)備的升級(jí)改造提供適用的實(shí)例，延長(zhǎng)保證同類設(shè)備使用壽命，使同類設(shè)備效益最大化，節(jié)約大量投資。

關(guān)鍵詞：35 kV開關(guān)柜;電壓互感器;電纜;接地;崩燒;PT插頭;熔斷器;改造

中圖分類號(hào)：TM451文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-6903（2021）10-0054-03

1 35 kV GIS開關(guān)柜電壓互感器崩燒

1.1 35 kV GIS開關(guān)柜電壓互感器結(jié)構(gòu)連接方式

ZX2氣體絕緣雙母線開關(guān)柜，2011年3月生產(chǎn)，于2012年7月份正式投運(yùn)，每一段開關(guān)柜上都含了兩組母線電壓互感器，同一段母線的兩組電壓互感器設(shè)計(jì)在一個(gè)開關(guān)柜內(nèi)，柜體寬度為600 mm，三相電壓互感器為品字形排列在開關(guān)柜底部。電壓互感器通過(guò)短電纜插件與電壓互感器開關(guān)柜母線室刀閘相連，刀閘在六氟化硫全封閉母線室內(nèi)通過(guò)動(dòng)觸頭與三相母線連接。母線為六氟化硫全封閉試母線，母線全封閉可發(fā)生故障率低，母線未設(shè)置專門的母線保護(hù)，通過(guò)電源進(jìn)線開關(guān)后備保護(hù)實(shí)現(xiàn)母線故障的切除[1]。

1.2 35 kV GIS開關(guān)柜電壓互感器崩燒前運(yùn)行方式

220 kV橋石線、回石線雙回路并列運(yùn)行，220 kV母聯(lián)處于合閘狀態(tài)，220 kV 1#主變負(fù)荷47 MW，220 kV 2#主變負(fù)荷14 MW，35 kV A單元雙母線分列運(yùn)行，饋出回路全部在運(yùn)行狀態(tài)，2#發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷30.5 MW經(jīng)E單元I母經(jīng)熱油一線聯(lián)絡(luò)線開關(guān)柜361、367開關(guān)運(yùn)行于35 kV A單元II母與220 kV 2#主變并列運(yùn)行。

1.3 35 kV GIS開關(guān)柜電壓互感器崩燒過(guò)程

（1）4月19日15：11：20.393，總降變35 kV E 單元（1#、2#發(fā)電機(jī)母線單元）熱油一線聯(lián)絡(luò)線開關(guān)柜367開關(guān)保護(hù)裝置發(fā)PT斷線報(bào)警，15：12：53.929，367后備保護(hù)PT斷線告警返回，15：12：54.629，367后備保護(hù)再發(fā)PT斷線告警，15：12：58.759后備保護(hù)PT斷線告警返回，15：12：58.809后備保護(hù)PT斷線第三次告警。15：12：59.504 367 E單元I

作者簡(jiǎn)介：伍華倫（1976—），男，重慶人，本科，工程師，從事發(fā)電機(jī)、變電站系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)工作。

母電壓互感器柜崩燒，熱油一線聯(lián)絡(luò)線開關(guān)柜361、367 開關(guān)零序過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，361、367開關(guān)跳閘。

（2）通過(guò)變電站錄像觀察，電壓互感器柜先是有煙冒出，接著發(fā)出電弧光。現(xiàn)場(chǎng)檢查35 kV E單元，發(fā)現(xiàn)母線電壓互感器柜電壓互感器崩燒，柜門崩開掉地上?，F(xiàn)場(chǎng)有煙氣，電壓互感器柜I母電壓互感器A相燒毀，B相插接頭斷裂，柜內(nèi)燃弧導(dǎo)致其他電壓互感器和電纜等出現(xiàn)不同程度的熏黑破損。前后母線室壓力正常，低壓室熏黑，柜頂泄壓通道正常打開泄壓。故障電壓互感器周圍鈑金有局部變形，有對(duì)側(cè)板放電痕跡。事故導(dǎo)致相鄰避雷器柜部分二次線熏黑，柜門手柄破損。現(xiàn)場(chǎng)拆除電壓互感器插拔頭，對(duì)氣室三相母線搖絕緣合格，氣室壓力合格。

2電壓互感器崩燒的原因分析

（1）電壓互感器本身質(zhì)量問(wèn)題，如果電壓互感器本身絕緣漆工藝問(wèn)題造成絕緣缺陷，電壓互感器鐵芯疊片壓制不緊湊導(dǎo)致間隙或存在空氣，電壓互感器線圈繞制過(guò)不規(guī)范或?qū)е陆^緣漆損壞繞組損傷，接地線焊接不牢或虛焊，匝間絕緣不好，運(yùn)輸過(guò)程導(dǎo)致鐵芯變形等，電壓互感器安裝過(guò)程不規(guī)范或固定不牢，均會(huì)使電壓互感器在正常運(yùn)行條件下發(fā)熱量增加，加速電壓互感器線圈及輔助設(shè)絕緣老化，出現(xiàn)局部高熱絕緣弱化，進(jìn)而發(fā)生電壓互感器絕緣崩潰短路故障，使電壓互感器發(fā)生崩燒。

（2）電壓互感器二次側(cè)嚴(yán)重過(guò)負(fù)荷或短路，由于電壓互感器二次側(cè)出口電壓基本固定，負(fù)荷處于并列狀態(tài)，并列回路越多阻抗越小負(fù)荷電流越大，根據(jù)Q=Izt可知電壓互感器發(fā)熱量可能成倍增加，根據(jù)電磁感應(yīng)原理電壓互感器一次側(cè)電流也會(huì)相應(yīng)增加，使電壓互感器內(nèi)部繞組發(fā)熱量大量增加。嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電壓互感器膨脹爆炸。

（3）電壓互感器過(guò)電壓，當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，如正常操作長(zhǎng)線路、長(zhǎng)電纜、變壓器合閘和分閘涌現(xiàn)巨大的涌流，線路非同期合閘，不接地系統(tǒng)發(fā)生間歇性弧光接地等，會(huì)引起電壓互感器勵(lì)磁電流迅速增大，鐵芯嚴(yán)重飽和，產(chǎn)生尖頂波，感抗下降到ωL=1/（ωC）時(shí)，發(fā)生諧振產(chǎn)生諧振過(guò)電壓。其諧振過(guò)電壓倍數(shù)可達(dá)額定電壓2.50倍以上，電壓互感器將嚴(yán)重發(fā)熱爆裂燒毀。

（4）系統(tǒng)電壓三相嚴(yán)重不平衡、波動(dòng)大振幅大、奇次諧波諧波電流的出現(xiàn)，電壓互感器三相阻抗嚴(yán)重不平衡，造成電壓互感器開口三角形繞組電壓升高過(guò)高導(dǎo)致電壓互感器燒毀。

（5）電壓互感器本身所處環(huán)境的散熱條件較差，環(huán)境溫度高。

（6）流過(guò)電壓互感器一次繞組的零序電流增大，該零序電流發(fā)作的熱效應(yīng)將使電壓互感器的絕緣損壞爆裂。

（7）中性點(diǎn)不接系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí)，電網(wǎng)的對(duì)地電容電流、電網(wǎng)三相不平衡中性點(diǎn)位移電壓電流，通過(guò)電壓互感器中性點(diǎn)接地形成回路，容易導(dǎo)致鐵磁諧振和諧波振蕩過(guò)電壓，使電壓互感器的勵(lì)磁電流增加數(shù)倍，使電壓互感器嚴(yán)重過(guò)熱絕緣崩塌開裂燒毀。

（8）電壓互感器繞組匝間和相間短路時(shí)，部分繞組阻抗下降電流增加，磁量嚴(yán)重不平衡，電磁互感影響嚴(yán)重，局部繞組或鐵芯嚴(yán)重發(fā)熱絕緣損壞導(dǎo)致電壓互感器鼓包崩燒。

3 35 kV GIS開關(guān)柜電壓互感器崩燒原因分析

3.1故障錄波分析

如圖1通過(guò)故障錄波初步分析原因?yàn)?5 kV E單元I段電壓互感器柜A相電壓互感器一次側(cè)發(fā)生接地故障（該故障不穩(wěn)定，期間發(fā)生兩次返回），約100 ms后引發(fā)相鄰的B相短路接地，造成35 kV E單元I段母線及與其相連的A單元II段母線電壓瞬間大幅下降，約600 ms熱油一線聯(lián)絡(luò)線開關(guān)柜361、367開關(guān)零序保護(hù)動(dòng)作，361、367開關(guān)跳閘，切除與主變相關(guān)故障點(diǎn)，A單元II段母線恢復(fù)正常供電。

3.2 35 kV GIS開關(guān)柜廠家綜合分析

3.2.1故障35 kV GIS電壓互感器開關(guān)柜解體檢查

（1）電壓互感器插頭和母線室插座存在一定的橫向應(yīng)力（連接短電纜為非完全柔性）。

（2）A相電壓互感器本體破裂（如圖3）、燒蝕嚴(yán)重（如圖2），內(nèi)部線圈破損裸露，電壓互感器插頭斷裂在轉(zhuǎn)接插座內(nèi)部，插頭外層硅橡膠完好且與轉(zhuǎn)接插座仍處于可靠連接。經(jīng)測(cè)試，A相轉(zhuǎn)接插座絕緣電阻為67.1 GΩ，未發(fā)生擊穿。

（3）A相電壓互感器燒毀最嚴(yán)重的部位位于電壓互感器插頭根部，電壓互感器本體環(huán)氧碎裂但碎片上未見明顯燒蝕，插頭法蘭安裝孔處有多條縱向延展的裂紋，法蘭固定螺栓燒熔。

（4）I母B相電壓互感器插頭沿根部斷裂，部分插頭斷裂在插座內(nèi)部，電壓互感器本體未發(fā)現(xiàn)開裂。

（5）與氣室的電纜插頭及插座內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)放電燒蝕痕跡，且絕緣良好。與電壓互感器連接的電纜頭根部護(hù)套有相間（A、B相）放電的痕跡。

（6）I、II段母線室三相電纜插座未受事故影響，內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)異常，母線室氣壓正常。

（7）其他電壓互感器受事故影響外觀有不同損毀，但未發(fā)現(xiàn)放電及本體開裂現(xiàn)象。

3.2.2原因分析

（1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、故障錄波及廠內(nèi)實(shí)物拆解分析：A相發(fā)生兩次間歇性放電故障，電壓互感器二次側(cè)電壓仍在正常83.7 V（峰值）范圍內(nèi)，A相對(duì)地短路后，B、C相電壓同時(shí)升為線電壓138.8 V（峰值）和144.6 V（峰值），錄波電壓波形及幅值符合單相接地故障理論值。由此可判斷系統(tǒng)之前間歇性接地故障并非來(lái)自于電壓互感器繞組匝間擊穿或一次側(cè)對(duì)二次側(cè)擊穿（此類故障一旦出現(xiàn)不可復(fù)歸），故而排除電壓互感器本身繞組問(wèn)題引發(fā)故障的可能性[2]。

（2）兩個(gè)母線室氣壓正常，電纜插座完好，連接母線室和轉(zhuǎn)接插座的電纜頭無(wú)放電痕跡，轉(zhuǎn)接插座內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)放電擊穿痕跡，根據(jù)結(jié)果由此可判斷母線室至轉(zhuǎn)接插座之間的位置非故障起始點(diǎn)。

（3）根據(jù)系統(tǒng)錄波及電壓互感器受損情況判斷，故障起始點(diǎn)位于A相電壓互感器法蘭安裝孔處，B相電壓互感器損壞是受到A相電壓互感器事故的影響，使B相電壓互感器插頭在外力作用下發(fā)生斷裂，進(jìn)而引發(fā)A、B相間短路，但斷裂處未發(fā)現(xiàn)放電痕跡。

（4）電纜和轉(zhuǎn)接插座對(duì)電壓互感器產(chǎn)生橫向應(yīng)力，作用在斷裂處未發(fā)現(xiàn)放電痕跡，插頭上的薄弱點(diǎn)即法蘭安裝孔處，可能導(dǎo)致安裝孔嵌件周圍的環(huán)氧層開裂，進(jìn)而導(dǎo)致A相對(duì)地?fù)舸?/p>

結(jié)合故障現(xiàn)象及以上分析，對(duì)這起斷裂處未發(fā)現(xiàn)放電痕跡，柜電壓器互感器崩燒故障分析判斷如下：35 I母A相斷裂處未發(fā)現(xiàn)放電痕跡，首先發(fā)生裂痕導(dǎo)致A相對(duì)地?fù)舸?，多次間歇性接地后裂痕進(jìn)一步擴(kuò)大，直至A相完全接地短路，斷裂處未發(fā)現(xiàn)放電痕跡，燒毀，進(jìn)而引發(fā)A、B相相間短路。故障起因可能為連接斷裂處未發(fā)現(xiàn)放電痕跡，的電纜長(zhǎng)期存在的橫向內(nèi)應(yīng)力作用于斷裂處未發(fā)現(xiàn)放電痕跡，上法蘭安裝孔處，導(dǎo)致斷裂處未發(fā)現(xiàn)放電痕跡，插接頭的環(huán)氧層開裂，進(jìn)而發(fā)展為單相接地故障。從事件報(bào)告中可知最初的接地故障是非持續(xù)性的，由于斷裂處未發(fā)現(xiàn)放電痕跡，本體表面噴有鋁涂層，在接地故障過(guò)程中將裂紋周圍的鋁涂層燒蝕后接地故障恢復(fù);在裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展之后再次出現(xiàn)單相接地故障，再次燒蝕周圍區(qū)域的鋁涂層后故障再次恢復(fù);在系統(tǒng)第三次出現(xiàn)接地故障后，A相斷裂處未發(fā)現(xiàn)放電痕跡，在故障沖擊下燒毀，B相斷裂處未發(fā)現(xiàn)放電痕跡，在故障產(chǎn)生的外力作用下插頭發(fā)生斷裂，進(jìn)而導(dǎo)致A、B相間短路，直至故障母線被切除，故障持續(xù)時(shí)間約600 ms。

4 35 kV GIS開關(guān)柜電壓互感器升級(jí)改造方案

（1）針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)其他相同柜型做在線局放檢測(cè)，進(jìn)行定期測(cè)量。

（2）新開關(guān)柜柜寬由600 mm增加至800 mm，三相電壓互感器不再使用電纜連接，改為其直接連接方式。

（3）此種設(shè)計(jì)電壓互感器連接方式，雖然故障電壓互感器連接斷裂處未發(fā)現(xiàn)放電痕跡，通過(guò)短電纜與母線直接連接，標(biāo)配生產(chǎn)，出現(xiàn)故障機(jī)率低。但受影響因數(shù)較多，當(dāng)制作工藝偏差，安裝工藝不到位，運(yùn)行環(huán)境惡化，都可能影響電壓互感器安全運(yùn)行，且同一段母線的兩組電壓互感器設(shè)計(jì)在一個(gè)開關(guān)柜內(nèi)，當(dāng)發(fā)生其中一組電壓互感器崩燒時(shí)嚴(yán)重影響另一組電壓互感器安全運(yùn)行。電壓互感器及連接電纜發(fā)生故障時(shí)不能及時(shí)切除故障，甚至擴(kuò)大故障范圍。需要定期對(duì)電壓互感器柜電壓互感器進(jìn)行漏電檢查，維護(hù)量大。

（4）根據(jù)分析結(jié)果對(duì)35 kV GIS電壓互感器開關(guān)柜進(jìn)行升級(jí)改造，將35 kV GIS電壓互感器開關(guān)柜連接回路進(jìn)行升級(jí)，增設(shè)電壓互感器開關(guān)柜開關(guān)，增設(shè)電壓互感器開關(guān)柜開關(guān)保護(hù)。電壓互感器柜內(nèi)實(shí)現(xiàn)電壓互感器通過(guò)熔斷器與避雷器并聯(lián)，在通過(guò)連接電纜、電壓互感器開關(guān)與35 kV母線連接。電壓互感器和避雷器均設(shè)計(jì)為可插拔式，直接插接在氣室上，連接方式簡(jiǎn)單可靠，確?？砂踩憷貙?duì)電壓互感器及避雷器進(jìn)行檢修，母線設(shè)置母線保護(hù)。有效地解決了原設(shè)計(jì)的家族性缺陷。

5結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)35 kV電壓互感器柜電壓互感器崩燒事故分析，主要還是短連接電纜長(zhǎng)時(shí)間受橫向應(yīng)力作用破壞設(shè)備絕緣導(dǎo)致的設(shè)備事故。其中有盲目相信設(shè)備可靠性，維護(hù)上有欠缺。對(duì)任何設(shè)備都需要從根本上做好設(shè)備的驗(yàn)收和定期維護(hù)工作。及時(shí)發(fā)現(xiàn)和了解設(shè)備設(shè)計(jì)家族性缺陷。及時(shí)與生產(chǎn)廠家技術(shù)人員溝通，根據(jù)需求進(jìn)行設(shè)備升級(jí)換代改造，加強(qiáng)設(shè)備定期維護(hù)檢查，杜絕類似設(shè)備故障的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]王世祥.電壓互感器現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收及運(yùn)行維護(hù)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2015.

[2]鄧長(zhǎng)柏.PT柜故障調(diào)查分析報(bào)告[R]廈門：1YHD000000A2896，2020.

Cause Analysis and Upgrading of 35 kV GIS Voltage Transformer Burst

WU Hualun

（Petro China Sichuan Petrochemical Co.，Ltd.，Pengzhou Sichuan 611930）

Abstract：Introduction to the ZX2 gas insulated double busbar combined voltage transformer cabinet structure of 35 kV substation and the operation mode before the accident. Field description of busbar voltage transformer cabinet in section E of 35 kV substation，analysis of the cause of voltage transformer collapse，analysis of voltage parameter change of 220 kV and 35 kV during collapse，analysis of on-site damage of voltage transformer cabinet，and the breakdown of voltage transformer cabinets one by one. Each part of the equipment was dissected and analyzed，and the specific reasons for the explosion accident of the busbar voltage transformer cabinet I of the 35 kV substation E section bus voltage transformer cabinet I collapsed and damaged the cabinet body were found. Based on the analysis results of the breakdown of voltage transformers and transformers in the E section of the 35 kV substation and the existing defects，preventive measures and optimization upgrades were proposed to completely solve the faults and defects of the voltage transformer cabinets，which solved the defects of similar 35 kV voltage transformer switch cabinets. The prevention of accidents provides a reliable reference，and also provides applicable examples for the upgrading and transformation of similar equipment，prolongs and guarantees the service life of similar equipment，maximizes the benefits of similar equipment，and saves a lot of investment.

Keywords：35 kV switchgear;voltage transformer;cable;grounding;collapse;PT plug;fuse;transformation