电压互感器爆炸原因解析及防治措施

时间：2022-09-08 13:15:04 来源：千叶帆本文已影响人

　　摘要：随着科技在不断的发展，社会在不断的进步，针对一起运行中的35kV电压互感器爆炸故障，结合现场检查情况及铁磁谐振仿真技术分析了35kV电压互感器爆炸的原因，并提出了防治措施。
　　关键词：电压互感器；爆炸；铁磁谐振；消谐器
　　在35kV中性点不接地系统中，为了监控电力系统的运行状态，安装了大量的电磁式电压互感器。由于电压互感器在受到某些扰动时，会产生铁磁谐振，引起虚假接地现象，铁心饱和会出现过电压和大电流，长时间的大电流会使高压侧熔丝熔断，重则会引起电压互感器爆炸和停电事故，严重影响系统的安全运行。
　　1故障概况
　　2017年4月，110kV某变在进行35kV 1线断路器由运行转热备用操作时，切除35kV 1线空载线路时产生的操作过电压导致35kV I母电压互感器A、B相爆炸。故障前运行方式为110kV某变110kV#1主变、#2主变高压侧并列运行，中低压侧分列运行；110kV#1主变中压侧接于35kV I母，35kV I母运行于35kV 1线、35kV 2线、35kV 3线。
　　2故障检查情况
　　（1）A相一次、二次绕组明显烧损，有短路现象，一次绕组首端引出套管因爆炸散落在开关柜旁，电压互感器顶部环氧树脂外壳因热膨胀而大部分损坏。现场测试一次、二次绕组对地绝缘电阻为零，即一次绕组对二次绕组及地之间发生短路。电压互感器A相检查情况如图1所示。（2）B相一次绕组明显烧损，电压互感器垂直方向一次绕组所在截面破裂，环氧树脂外壳右侧面部分损坏。现场测试一次绕组对地绝缘电阻为零，二次绕组绝缘电阻合格，一次绕组对地之间发生短路。
　　（3）电压互感器C相外观无明显异常。现场测试一次、二次绕组对地绝缘电阻合格，励磁特性合格，仅有环氧树脂烧蚀的黑色粉尘散落在侧面。
　　（4）现场检查发现，35kV I母电压互感器A、B、C三相均未安装消谐器。
　　3事故过程分析：
　　通过对OPEN3000系统数据和保护装置检查、保护动作的时间先后整理，保护动作分析如下：因该变电站承担钢厂负荷，钢厂合闸期间，系统受到扰动，达到电压互感器铁磁谐振（分频谐振）条件，产生电磁振荡，形成谐振过电压，造成遥信显示虚假接地现象，接地告警频发。电压互感器在正常工作电压下，铁芯磁通密度不高，铁芯不会饱和，但在过电压情况下，铁芯磁通密度升高，铁芯饱和，电感会迅速下降，产生很大的一次谐振电流，保险过热熔断，熔断时发生爆炸引起弧光短路，由1号主变后备保护正确动作，切除了故障，全所失电，电弧爆炸造成了柜内设备烧损。
　　4原因分析
　　（1）由仿真的电压波形可知，35kV母线电压互感器A、B相损坏是由铁磁谐振引起的，35kV I母发生1/2分频谐振；电压互感器A相绕组绝缘故障持续恶化，电压互感器B、C相饱和产生工频谐振，引起A、B相断路，最后发展为三相短路。（2）分频谐振引起电压互感器A相绕组绝缘故障后，熔断器长时间没有将故障电压互感器隔离，同时35kV电压互感器熔断器熔体熔断电流为4A（有效值），而1/2分频谐振时峰值电流最大为4A，因此熔断器不可能快速熔断，长时间过流使得熔断器熔体出现熔断的断口，电弧持续复燃，产生的操作过电压使故障进一步扩大，造成电压互感器B、A相相继爆炸，带电粉尘导致相间空气间隙击穿。（3）在将35kV 1线断路器由运行转热备用操作时，切除空载线路（35kV 1线）产生操作过电压激发，而电压互感器未安装消谐器，导致35kV I母设备、电缆对地电容电流与35kV母线电压互感器发生铁磁谐振。
　　5防治措施
　　（1）对尚未安装消谐器的母线电压互感器进行清理，并结合停电计划安装一次消谐器。发生下列情况时应采用微机二次消谐器：采用一次消谐器导致电压不平衡或零序电压超出保护整定值；采用一次消谐器导致电磁式电压互感器一次中性点绝缘损坏；防护断线谐振或电磁式电压互感器仅两相运行情况下的铁磁谐振。（2）选用电子式、电磁式或励磁特性较好的电压互感器对于谐振系统相关参数进行调整，以消除系统谐振。近年来电子式电压互感器广泛应用于智能化变电站，无铁心线圈，因此可避免发生谐振，但仍需大量的实践检测。需合理选用安全性及可靠性较好的电压互感器；电容式电压互感器是属于电容性质的负载，可应用于易发生铁磁谐振的场合，但其结构相对复杂，故障率高，并存在二次谐振的风险；励磁特性好的电磁式电压互感器的铁心不易饱和，可以避免出现谐振，其励磁特性曲线近似于线性，因此可考虑采用呈容性的电磁式电压互感器。（3）抑制或消除谐振，以促使电网恢复正常运行包括以下三方面的措施：在开口三角两端接入阻尼电阻、在高压中性点与地之间接入阻尼电阻、在开口三角两端接入专用消谐装置等。分频谐振导致设备损坏，因此需系统化分析分频谐振的诱因，高幅值的、長时间的分频谐振造成互感器内部绝缘严重劣化，最终导致热量大量积聚，出现电压互感器爆炸故障，因此需从中吸取教训，基于问题点不断优化系统结构及参数，并加强对运行人员的培训，以提升辨别和处理系统异常的能力。（4）全绝缘电磁式电压互感器选用不带限压间隙型消谐器，而分级绝缘电磁式电压互感器选用带限压间隙型消谐器。（5）对安装一次消谐器后仍发生熔断器频熔或电压互感器频繁损坏的变电站，应结合停电计划安装电磁式电压互感器饱和型微机二次消谐装置。（6）为防止35kV电压互感器绝缘故障熔断器能有效切除故障，应选择质量较优厂家的产品，10kV、35kV电磁式电压互感器熔断器熔体长度不应小于60cm、150cm，60s内熔体的熔断电流应小于2A。具体选择：基于系统额定相对地电压与直流电阻的比值，选择熔断器最小熔断电流。
　　6结语
　　虽然这只是一起典型的铁磁谐振引起的电压互感器柜爆炸事故，事故发生的整个过程确实非常完整和具体的将保护和一次设备的配合性给我们呈现出来。在此次事故中，我们看到了铁磁谐振的重大危害，也让我们认识到继电保护正确动作的重要性。要针对不同变电站的不同情况，合理选择抑制铁磁谐振的方法，切实保障人身、电网、设备的安全，保障电力系统的稳定运行。同时也告诫我们检修人员，只有扎实的理论基础配上果敢、冷静的头脑，和勤勤恳恳的工作态度，才能更好的将工作做好。通过此次电压互感器爆炸故障分析，应在所有电压互感器上安装一次、二次消谐器，按需求配备电磁式电压互感器饱和型微机二次消谐装置，选择合格的熔断器，防止频繁出现电压互感器爆炸及熔断器熔断事故。
　　参考文献：
　　[1]颜冰，钱国超，马仪，等.电容式电压互感器运行异常分析[J].云南电力技术2014（4）：106-108.
　　[2]陈化钢.电力设备异常运行及事故处理手册[M].北京：中国水利水电出版社，2009.
　　（作者单位：大连第一互感器有限责任公司）

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