電磁式電壓互感器爆炸原因分析

(成都雙流國際機場股份有限公司 610220)

1 接地系統概述

本文研究對象為在東北電網500kV變電站中66kV中性點不接地系統中，對母線電磁式電壓互感器的故障分析及處理。整個電網系統均為中性點不接地系統，因此故障擾動對于電網參數的影響較大，出現諧振過電壓問題，有多種表現形式，如高頻、分頻或基波諧振等。該案例中分頻諧振為三相電路1/2分頻諧振，系統接地故障為冰點電抗器短路故障引起，并引發系統分頻諧振，在長時間的高壓過載的情況下，電磁式電壓互感器發生爆炸，嚴重影響系統的安全穩定運行。

2 爆炸原因分析

2.1 事故過程

在500kV變電站66kV中性點不接地系統運行過程中，66kV系統電抗器發生過流保護動作，引發電抗器間隔斷路器跳閘動作，工作人員立即對于系統設備運行狀況展開調查，發現66kV系統中母電壓顯示異常，并及時匯報，同時對于66kV系統運行線進行了紅外測溫測試，未觀測到明顯的發熱現象，然后對于系統的測控屏以及電磁式電壓互感器二次側開關裝置進行故障檢測，仍未發現明顯的故障現象。一個小時之后，現場工作人員觀測到66kV系統中C相及B相電磁式電壓互感器相繼出現明顯的噴油現象，現場工作人員做了及時的記錄并匯報，同時，為保障安全，立即撤離變電站故障現場，幾分鐘之后觀測到66kV系統中C相及B相電磁式電壓互感器相繼爆炸，爆炸引發設備著火，并引發主變差動保護裝置動作，開關跳閘，前后大約歷時170分鐘。

2.2 事故原因分析

在爆炸事故發生后，相關工作人員對于現場情況展開了檢查，據調查發現，66kV系統中電抗器包封間有較為明顯的放電燒黑現象，并出現電抗器絕緣部損傷，電磁式電壓互感器爆炸后只留下底座，存在明顯的電弧灼燒痕跡，電磁式電壓互感器附近的斷路器及瓷套傘裙及絕緣子等均出現燒蝕破損，并對于現場部分受損設備進行了拍照并詳細記錄。

（1）系統接線情況分析

電網系統中，發生爆炸故障的66kV系統線路結構，包括500kV側、220kV側以及66kV側，其中66kV側電磁式電壓互感器裝設于1號主變主三次套管與1號主三次開關之間的母線上，通過對于爆炸過程的分析，相間電壓互感器的爆炸引發短路接地故障，符合變壓器差動保護機制，因此繼電保護動作正常。

（2）故障錄波情況分析

系統對于故障發生過程的波形狀態進行了完整記錄，調取一部分波形曲線圖見下圖2所示，該過程中發生1/2分頻諧振。通過對于系統及錄波的分析，系統C相瞬時接地故障持續時間較短，約為70ms，C相瞬時接地故障結束后產生系統諧振。如錄波情況圖所示為1/2分頻諧振（零序電壓振蕩周期約為25Hz），持續時長約1分鐘。此過程中，通過對系統三相對地電壓最大有效值進行觀測發現C相對地電壓最大，B相次之，A相最小，存在嚴重的波形畸變，零序電壓最大有效值約47.43kV。

分頻諧振現象消失后三相對地電壓波形恢復正常，通過對系統三相對地電壓最大有效值進行觀測發現B相對地電壓最大，且中性點處出現時長約5s的3.5kV工頻電壓，之后，中性點零序電壓幅值逐漸升高。從三相及零序電壓變化錄波中發現隨著時間的增加，零序電壓幅值逐漸升高，B相出現最大幅值，其有效值約65.38kV，在此過程中C相電壓互感器的絕緣性能下降，之后B相電壓互感器的絕緣狀況也開始劣化，最后各項對地電壓幾乎降至 0值，暗示著互感器的主絕緣被徹底擊穿，引發兩相接地短路故障，并引發主變差動保護動作，主變開關跳閘。

（3）諧振問題討論

中性點不接地系統中，電磁式電壓互感器的鐵磁諧振現象一般具備以下三方面的條件：首先，網絡對地容抗與電壓互感器的勵磁感抗的比值位于諧振曲線區內；其次，電源電壓處于特定區間；最后，具備激發條件。

從以上三方面條件來看，系統諧振時對地電容包括主變主三次側對地電容、母線對地電容、主三次電流互感器對地電容等三部分，依據電壓互感器出廠的勵磁特性曲線進行分頻諧振的分析，且在這個過程中伴隨油的迅速分解，互感器內部壓力不斷升高，最終引發爆炸事故。

3 整改措施與總結

（1）選用電子式、電磁式或勵磁特性較好的電壓互感器

對于諧振系統相關參數進行調整，以消除系統諧振。近年來電子式電壓互感器廣泛應用于智能化變電站，無鐵心線圈，因此可避免發生諧振，但仍需大量的實踐檢測。需合理選用安全性及可靠性較好的電壓互感器；電容式電壓互感器是屬于電容性質的負載，可應用于易發生鐵磁諧振的場合，但其結構相對復雜，故障率高，并存在二次諧振的風險；勵磁特性好的電磁式電壓互感器的鐵心不易飽和，可以避免出現諧振，其勵磁特性曲線近似于線性，因此可考慮采用呈容性的電磁式電壓互感器。

（2）抑制或消除諧振，以促使電網恢復正常運行

包括以下三方面的措施：在開口三角兩端接入阻尼電阻、在高壓中性點與地之間接入阻尼電阻、在開口三角兩端接入專用消諧裝置等。

分頻諧振導致設備損壞，因此需系統化分析分頻諧振的誘因，高幅值的、長時間的分頻諧振造成互感器內部絕緣嚴重劣化，最終導致熱量大量積聚，出現電壓互感器爆炸故障，因此需從中吸取教訓，基于問題點不斷優化系統結構及參數，并加強對運行人員的培訓，以提升辨別和處理系統異常的能力。

4 結論

在電力系統應用中，電壓互感器是重要的連接設備，電壓互感器的性能直接關系到電力系統中一二級電氣回路的連接性能。電壓互感器有多重類型，目前應用較廣的為電磁式電壓互感器，在電力系統中可實現電氣隔離并實現低電壓的轉換，以滿足繼電保護裝置等的電壓需求。

[1]陳瑞國等.66kV系統TV鐵磁諧振現象分析[J].東北電力技術，2007，11:17-21.