變電站10kV電壓互感器柜爆炸分析與總結(jié)

封斌

摘 要：電壓互感器是電力系統(tǒng)中一次與二次電氣回路之間不可缺少的連接設(shè)備。其作用是實現(xiàn)一、二次系統(tǒng)的電氣隔離，把一次側(cè)的高電壓變換成適合于繼電保護裝置和測量儀表等工作的低電壓。本文通過一起10kVPT柜爆炸故障分析其中安全隱患，以及整改措施。通過此次案例淺析故障過程與原因期望在以后工作中避免類似事件再次發(fā)生。

關(guān)鍵詞：鐵磁諧振；電壓互感器；過電壓；高后備保護

中圖分類號： TM4 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）13-169-2

0 引言

在10kV中性點不接地系統(tǒng)中，為了監(jiān)控電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，安裝了大量的電磁式電壓互感器。由于電壓互感器在受到某些擾動時，會產(chǎn)生鐵磁諧振，引起虛假接地現(xiàn)象，鐵心飽和會出現(xiàn)過電壓和大電流，長時間的大電流會使高壓側(cè)熔絲熔斷，重則會引起電壓互感器爆炸和停電事故，嚴重影響系統(tǒng)的安全運行。

1 事件案件分析

1.1 變電站接線情況（如圖1）

此35kV變電站為單線單變接線方式，故障前運行方式為35kV 1號主變帶10kV全部負荷運行，主變保護正常投入。

1.2 事故經(jīng)過

事故發(fā)生當日上午06時50分左右，檢修人員接到事故搶修通知，事發(fā)變電站1號主變保護動作跳閘，全站失電。

接到搶修命令后，搶修人員立即火速趕往事發(fā)變電站。到達現(xiàn)場后，發(fā)現(xiàn)故障點在10kV1號母線壓變柜，運行人員已將壓變手車拉出，壓變柜及手車整體已全部燒黑，相鄰柜被熏黑，立即匯報調(diào)度、工區(qū)領(lǐng)導(dǎo)。同時根據(jù)事故應(yīng)急預(yù)案和調(diào)度口令，隔離故障設(shè)備、恢復(fù)所用電系統(tǒng)，盡快送出丟失負荷。

1.3 事故原因分析

因現(xiàn)場UPS電源在站用電源失電時發(fā)生故障，導(dǎo)致后臺及及監(jiān)控均未能記錄故障時的信息，在對OPEN3000系統(tǒng)進行檢查分析，調(diào)出故障前10多分鐘的遙信信息發(fā)現(xiàn)10kV母線各相接地信息頻發(fā)，動作、復(fù)歸信息動作達5次，調(diào)出遙測信息發(fā)現(xiàn)10kV母線電壓波動較大（遙測曲線取樣為每5分鐘取1點）。

母線遙測電壓如下：

三相相電壓波動較大，均升高約1.6倍，線電壓均正常，屬于鐵磁諧振中典型的分頻諧振現(xiàn)象。（如圖2、圖3）

保護及自動裝置動作情況如下：

06：15：09：205，35kV1號主變高后備保護裝置復(fù)合電壓過流一段一時限（定值251A/4.18a，1.4秒）及復(fù)合電壓過流二段一時限（定值185A/3.08a，1.4秒）保護動作出口，三相故障，動作電流為1136.4/18.94A（折算到10kV側(cè)約為3788A），跳開高壓側(cè)301開關(guān)、低壓側(cè)101開關(guān)。

事故過程分析：

通過對OPEN3000系統(tǒng)數(shù)據(jù)和保護裝置檢查、保護動作的時間先后整理，保護動作分析如下：因該變電站承擔鋼廠負荷，鋼廠合閘期間，系統(tǒng)受到擾動，達到電壓互感器鐵磁諧振（分頻諧振）條件，產(chǎn)生電磁振蕩，形成諧振過電壓，造成遙信顯示虛假接地現(xiàn)象，接地告警頻發(fā)。電壓互感器在正常工作電壓下，鐵芯磁通密度不高，鐵芯不會飽和，但在過電壓情況下，鐵芯磁通密度升高，鐵芯飽和，電感會迅速下降，產(chǎn)生很大的一次諧振電流，保險過熱熔斷，熔斷時發(fā)生爆炸引起弧光短路，由1號主變后備保護正確動作，切除了故障，全所失電，電弧爆炸造成了柜內(nèi)設(shè)備燒損。

2 處理方案

①緊急調(diào)用三相發(fā)電機，供站內(nèi)負荷及搶修使用，對直流系統(tǒng)充電，確保了直流系統(tǒng)工作正常。

②對35kV1號主變檢查、試驗無異常。

③對1號主變各保護及回路檢查，調(diào)取動作報告及故障信息，檢查裝置及回路無異常。

④對10kV1號壓變柜進行清理和隔離。

⑤檢查相鄰間隔母線室及跨橋母線受影響情況，并對相鄰穿墻套管進行了清掃，對該母線進行耐壓試驗，確認絕緣良好。

⑥用其中一條10kV出線作為聯(lián)絡(luò)線為10kV母線提供電源，恢復(fù)10kV1號母線及站用變供電。

⑦退出復(fù)合電壓功能，采用過流保護方案。

⑧聯(lián)系開關(guān)柜廠家制定修復(fù)方案。

3 改進措施及可行性分析

3.1 改進措施

目前技術(shù)措施消除鐵磁諧振主要從改變系統(tǒng)參數(shù)和消耗諧振能量來考慮。

①選用不易飽和的電壓互感器或三相五柱式電壓互感器。

②減少系統(tǒng)中并聯(lián)電壓互感器的臺數(shù)。

③10 kV系統(tǒng)中使用的電壓互感器，應(yīng)選用勵磁感抗大于1.5 MΩ的電壓互感器。

④相對地加裝電容器，使網(wǎng)絡(luò)等值電容減小，網(wǎng)絡(luò)等值電抗不能與之相配，以滿足Xc0/Xm≤0.01的條件，可避免因深度飽和而引起的諧振。

⑤電壓互感器二次開口三角形繞組兩端接入阻尼電阻，從而減弱諧振能量，防止產(chǎn)生過大的過電壓和過電流。

3.2 可行性分析

由于廠家限制，無法更換電壓互感器型號與種類；另外，由圖1.可以看出，本站為單線單變接線方式，10kV為單母線運行，只有一臺電壓互感器，因此不存在減少電壓互感器臺數(shù)的方案；于某礦變電站和井下中央配電室6kV母線均分段運行，電壓互感器組不能撤出；每相對地加裝電容器，會增大單相接地故障時因系統(tǒng)對地電容所產(chǎn)生的超前電流分量，且投資較大。

該變電站最終采取了在電壓互感器開口三角形處并接50Ω、500W阻尼電阻的措施；在井下中央配電室采取了在電壓互感器一次側(cè)中性點串接9kΩ、15W消諧電阻的措施，有效地消除了鐵磁諧振，防止了虛假接地故障報警和電壓互感器的燒毀，既確保了供電安全，又減少了不必要的損失。

雖然這只是一起典型的鐵磁諧振引起的電壓互感器柜爆炸事故，事故發(fā)生的整個過程確實非常完整和具體的將保護和一次設(shè)備的配合性給我們呈現(xiàn)出來。在此次事故中，我們看到了鐵磁諧振的重大危害，也讓我們認識到繼電保護正確動作的重要性。要針對不同變電站的不同情況，合理選擇抑制鐵磁諧振的方法，切實保障人身、電網(wǎng)、設(shè)備的安全，保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。同時也告誡我們檢修人員，只有扎實的理論基礎(chǔ)配上果敢、冷靜的頭腦，和勤勤懇懇的工作態(tài)度，才能更好的將工作做好。