1000MW機組380VPC段母線電壓互感器燒毀事故分析

于成

(浙江省火電建設公司，杭州市，310016)

0 引言

某電廠1 000MW機組的低壓廠用電系統配置2臺汽機變壓器、2臺鍋爐變壓器、2臺公用變壓器、2臺保安變壓器、1臺檢修變壓器、1臺照明變壓器以及上述變壓器各自的動力中心(power center，PC)段母線。其中除檢修PC及照明PC系統屬直接接地大電流接地系統，其他各段均為經電阻接地的小電流接地系統。該機組380 V PC段母線在負荷側單相接地時，發生電壓互感器(potential transformer，PT)燒毀事故。本文對此問題參考相關資料［1-2］進行分析，以供同類型機組在考慮低壓廠用電設備在過電壓情況下運行的安全問題［3］時參考。

1 事故概況

集控事件記錄:2011年4月2日23:15，7號機7B汽機PC段發出接地報警，3日5:18，母線電壓消失;次日8:45，7B保安PC段發出接地報警，9:05，母線電壓消失。

2 事故處理

調試人員接到通知至現場檢查，發現汽機B段PC母線C相對地電壓為0，PT一次側A、B相熔絲熔斷，一次線圈電阻基本為0，確定PT燒毀。拆開檢查發現，PT一次側線圈內部絕緣漆熔化，絕緣破壞，短路后線圈燒毀。由于汽機段仍有接地現象，先在汽機段通過拉合開關查出至7號機組汽機電動閥門配電柜電源存在接地現象，之后在汽機電動閥門配電柜側經拉合開關查出凝結水泵A出口旁路電動門C相接地。對汽機段母線燒毀的PT進行更換，接地故障解除，PC段母線暫時恢復正常。

7B保安段檢查無接地現象，但母線PT一次側A、B相熔絲熔斷，PT同樣燒毀，接地原因暫無法查明，懷疑是PC段負荷絕緣不好所致。隨后對各支路進行絕緣檢查，絕緣均合格，由于保安段電源急于恢復，將母線PT更換后恢復母線正常運行［4］。

3 事故分析

接地故障解除后，依然有2個問題未得到解決:一是保安段接地報警及PT燒毀，到現場檢查時接地卻消失的原因;二是母線PT燒毀的原因。

3.1 遺留問題1

事后核查2段PC負荷時發現，2段母線都接至7號機組汽機電動閥門配電柜，汽機段為其電源1，保安段為其電源2。正常運行時電源1為主電源，7號機組汽機電動閥門配電柜配有雙電源切換裝置。由此可推測，保安段接地報警是由于凝結水泵A出口旁路電動門C相接地導致。事故經過應該是凝結水泵A出口旁路電動門C相接地導致PC段母線C相接地，PT一次線圈A、B相接地短路燒毀，引起母線電壓波動。因電動閥門配電柜設雙電源切換裝置，檢測到汽機段電壓異常，切換至保安段電源。由于接地依然存在，保安段同樣C相接地，PT一次線圈A、B相接地短路燒毀，引起母線電壓波動。同理，此時汽機段因為PT一次熔絲已熔斷，母線電壓恢復正常，電動閥門配電柜切至汽機段，保安段接地故障消失［4］。

3.2 遺留問題2

考慮到本工程汽機PC段經高阻接地，PC段母線PT中性點均經接地線直接接地，負荷側發生接地時，有3種情況可能導致PT短路燒毀。

3.2.1 3種情況

(1)負荷接地時，二次電壓不平衡導致輸出負載增大，從而出現PT過負荷。由于PT結構不合理(見圖1，圖中燒毀的為一次線圈，外層為二次線圈)，一次線圈處于PT內側且緊靠鐵芯，導致一次線圈散熱較慢，積聚的熱量使線圈漆包線絕緣層熔化，造成匝間短路，進而造成母線對地短路。當2相都對地短路時造成相間短路，引發 PT燒毀及其一次側熔絲熔斷。

圖1 事故后拆解開的PTFig.1 Disassembled PT after accident

(2)負荷接地時引發鐵磁諧振導致鐵芯及線圈發熱引發 PT 燒毀［5］。

表1 PT銘牌參數Tab.1 Nameplate parameters of PT

3.2.2 情況分析

(1)情況1分析。針對情況1對PC段正常運行時的負荷進行了測量，結果如表2所示。

表2 實測保安段正常運行工況下PT負荷Tab.2 Measurement of PT load in emergency power under normal operating conditions

(2)情況2分析。電力系統中的鐵芯電感元件與電容元件構成共諧條件時，激發持續的鐵磁諧振，使系統產生諧振過電壓。鐵磁諧振使得電流大大增加，電壓超限，嚴重時將損壞設備絕緣，造成電壓互感器保險熔斷，導致事故的進一步擴大，因此應及時進行處理。鐵磁諧振一般發生在中性點不接地系統中［7］。

鐵磁諧振與單相接地故障的主要區別:系統發生單相接地時，接地相電壓降低，非接地相電壓升高。若接地點為金屬性直接接地，接地相電壓為0，其他2相升高為線電壓，PT開口三角形回路電壓較為穩定。

諧振時，3相電壓可超過線電壓，3相電壓無規律變化，開口三角電壓隨諧振程度不同而變化。

若相電壓有2相升高很多(超過線電壓)，開口三角形電壓大于100 V或消弧線圈上無電流，則可判斷為諧振;若1相電壓降低，另2相電壓升高不超過線電壓且線電壓正常，可判斷為系統單相接地。電壓表有低頻無規律擺動現象可判斷為諧振。

現場通過實際接地模擬，發現開口三角電壓穩定、無變化，錄波記錄亦無其他諧波分量;相電壓接地相為0，非接地相為100 V，線電壓為100 V，錄波記錄亦無其他諧波分量。情況2的推測排除。

(3)情況3分析。如圖2所示，PT運行時磁感應強度變化量正比于一次線圈端電壓，而磁感應強度B，根據B-H曲線又影響磁場強度H，H又決定電流。如果一次線圈端電壓過高，導致B超過飽和點Bm，磁心的損耗會增大，電流將快速增加［8-9］。此時如保護電路不起作用，電壓不及時降低，那么電流速增將會導致器件損壞。由此推測，情況3導致PT短路燒毀的可能性很大。為了驗證上述推測，找出一個備用PT對其勵磁特性曲線進行測試，測試結果見表3。

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通過表3數據可以確定，PT燒毀是由于廠家在PT選型時，未考慮到380 V非接地系統單相接地會使非接地相電壓抬高而引起的。此時其一次線圈電流是額定電流的50倍左右，一次保護熔絲為2 A，熔絲的熔斷時間長于線圈的可承受時間，線圈嚴重過載，導致燒毀［10］。

4 結語

確定事故原因后，聯系設計院及廠家重選設備，訂購了新型號的PT，通過分段停電，在機組試運前將所有PT全部更換。

以往300、600MW機組低壓廠用電系統大都采用直接接地方式，近年來新建的1 000MW機組為保證電源可靠性開始采用經電阻接地的非直接接地系統。對于新建機組，設計人員在選型時應全面考慮在非直接接地系統中單相接地時母線PT及低壓廠用設備過電壓情況下運行的安全問題、控制回路中控制電壓的選擇以及是否需要增加隔離變壓器等問題。

［1］錢亢木.大型火力發電廠廠用電系統［M］.北京:中國電力出版社，2001.

［2］周澤存.高電壓技術［M］.北京:水利電力出版社，1988.

［3］GB 1207—2006電磁式電壓互感器［S］.北京:中國標準出版社，2006.

［4］國家電力調度通信中心.電力系統繼電保護實用技術問答［M］.北京:中國電力出版社，2000.

［5］李銳，古萬生，齊煥宇.淺談電力系統中的鐵磁諧振［J］.黑龍江科技信息，2009，13(10):55-56.

［6］陳慈萱.過電壓保護原理與運行技術［M］.北京:中國電力出版社，2001.

［7］李潤光.中壓電網系統接地實用技術［M］.北京:中國電力出版社，2001.

［8］汪曉元.大學物理學［M］.上海:復旦大學出版社，2006.

［9］周鶚.電機學［M］.北京:中國電力出版社，1999.

［10］DL/T 866—2004電流互感器和電壓互感器選擇及計算導則［S］.北京:中國電力出版社，2004.