一起35kV母線電壓互感器燒壞事件分析

摘要：電磁式電壓互感器發生鐵芯飽和，激發起諧振過電壓，嚴重時將導致電壓互感器損壞。破壞諧振過電壓激發條件是避免諧振過電壓關鍵的一步，因此破壞諧振過電壓條件成為電力科學領域中的重要課題，對電網安全穩定運行意義重大。文章對一起35kV母線電壓互感器燒壞事件進行了分析。

關鍵詞：諧振過電壓；中性點不接地系統；電磁式電壓互感器；弧光接地；鐵芯飽和 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM451 文章編號：1009-2374（2016）18-0152-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.18.075

中性點不接地系統中，當電壓互感器突然合閘時，一相或兩相繞組會出現涌流以及發生傳遞過電壓時可能使得電壓互感器三相電感程度不同產生嚴重飽和，形成三相或者單相共振回路，導致激發各次諧波諧振過電壓。為了防止諧振過電壓，本質上需要破壞激發諧振過電壓的條件，目前常常使用母線電壓互感器高壓繞組中性點串接一個單相電壓互感器接線方式，但是在實際中發現由于設計和工藝的問題，存在三相電壓互感器中性點絕緣薄弱導致對地放電，起不到防止諧振的作用，因此需要對其進行深入分析探討。

1 事件概述

某220kV GIS變電站，220kV、110kV均采用雙母線接線，35kV采用單母線分段接線，金屬封閉式開關柜設備。某日，后臺監控人員收到35kⅦ段母線接地信號，A、B、C相線電壓輪流升高變化，最高達到38.5kV，B相最低到0.3kV，之后監控看不到母線三相電壓數值。運維人員按照調度指令對35kⅦ段母線PT開關柜進行檢查，發現母線PT三相高壓熔斷器均已熔斷，拉出刀閘手車后，發現互感器殼體開裂。檢查過程中發現，A、B兩相的互感器的二次接線外絕緣燒熔，三相中性點端子連接處對地有放電痕跡。現場試驗人員對電壓互感器進行診斷性試驗，試驗數據正常，但其伏安特性曲線變形較差。伏安特性不合格，

常視為中性點不接地系統引發諧振過電壓的重要證據。

2 現象分析

諧振過電壓對于設備絕緣具有極大的破壞性，諧振過電壓持續時間長，對于電壓互感器的鐵芯材料而言，由于其磁化曲線與電流的關系不是完全的線性關系。當電壓升高時，磁通就增加，到一定程度后，電壓再提高而磁通卻不會再增加，這就是鐵芯飽和。鐵芯飽和后，互感器二次輸出的電壓波形將發生變化，使得勵磁電流增加，繞組絕緣破壞發生層間短路或匝間短路，發熱損壞。其中分頻諧振為最常見，現象是使得三相電壓輪流升高或同時升高，一般在1.2～1.4倍相電壓間做低頻擺動。此次事件中，三相對地電壓輪流升高說明系統中可能有弧光接地或諧振。中性點不接地系統中，電磁式電壓互感器產生諧振的根本條件是其線路對地的容抗值剛好等于感抗值。為了破壞這一條件，常在電壓互感器高壓繞組中性點串接一個單相電壓互感器或消諧裝置。

現場檢查發現該事故母線電壓互感器采用串接單相電壓互感器的方式。

3 4TV法的原理

對于母線電壓互感器，一般還有3個繞組，1個高壓繞組、1個二次側繞組、1個開口三角繞組。如圖1所示：N1為電壓互感器一次高壓繞組，N2為二次繞組，N3為輔助繞組（開口三角繞組，用于測量零序電壓）單相互感器由于磁阻較之之前的三相電壓互感器大，絕緣水平高，可以將與三相電壓器一次繞組中性點連接處N，看成對地是絕緣的。因此可以避免諧振，這就是4TV接線的原理（如圖1）。

4 存在的疑問

然而在此次事件中并沒有起到應有的作用，現場發現用于隔離母線電壓互感器和單相電壓互感器的金屬隔板上有放電痕跡，且有三相母線電壓互感器高壓側繞組中性點端子至單相電壓互感器的連接鋁排對金屬板（相當于對地）有放電痕跡。該鋁排外包有絕緣護套且穿過上，下隔離的金屬板。現場發現，在發現非永久性故障的接地短路時，三相電壓互感器中性點的引出點N。將承受很高的電壓（不得大于15%的繞組正常相電壓），而在高電壓下，包裹在鋁排外面的絕緣護套被擊穿，導致鋁排對金屬板放電，此時串接在中性點上的單相電壓互感器相當于被電弧短接（見圖2），三相電壓互感器中性點直接接地，單相電壓互感器不能起到避免諧振過電壓的作用。根據現場掌握的情況，認為是B相線路某處發生了非永久故障的接地短路，引發傳遞過電壓導致中性點電壓位移，擊穿絕緣使得單相電壓互感器短接，發生了諧振，產生的過電壓使得A、C絕緣損壞。

5 改進方案

可以看出造成此次事故的實質原因是鋁排距離不夠對金屬板放電，這是設備出廠前設計上存在問題所遺留下來的。針對該事件，筆者經過梳理，提出具體的改進方案為：由于NO點是絕緣最容易破壞的風險點，因此結合現場實際加強絕緣成為改進的目的。最切實可行的方法就是增大空氣間隙，使得絕緣很好配合。具體如下：（1）增大三相電壓互感器一次側繞組中性點引出線與金屬板的距離，距離增大到3～4cm；（2）將三相電壓互感器中性點至單相電壓互感器的連接鋁排改為軟銅線，增大連接線的載流量，縮小連接線的半徑增大與金屬板的距離；（3）在三相電壓互感器輔助繞組開口三角繞組間并聯阻尼電阻，消耗能量；（4）選用勵磁特性飽和點較高的電壓互感器，滿足在1.9倍最高線電壓下不發生鐵芯飽和；（5）在三相電壓互感器一次側繞組中性點引出和串接消諧電阻。經過改進后，電壓互感器出現因勵磁電流增加引起鐵芯飽和而誘發的鐵磁諧振過電壓的風險明顯降低，極大地提高了電網安全穩定運行的可靠率和持久性。

6 結語

諧振過電壓對于整個電網的安全穩定運行，供電質量的可靠性，電氣設備、人員的安全無疑危害巨大，本文通過對中性點不接地系統中一起電磁式電壓互感器燒損事件的現象分析，提出對其的疑問，通過探討分析還原事件過程，提出了改進措施，即增大空氣間隙，強化中性點絕緣，從而破壞諧振過電壓激發的條件，提高電網的穩定性。

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作者簡介：曾文（1986-），男，貴州金沙人，國網廣元供電公司助理工程師。

（責任編輯：秦遜玉）